單螺桿泵參數計算

計算第一部分的軸向壓力和徑向壓力單螺桿泵軸向壓力和壓力的計算是確保泵正常工作的重要部分，其值直接決定泵的軸承計算和選擇。軸向壓力值計算不考慮泵啟動或運行時發(fā)生干摩擦的情況，而是考慮正常狀態(tài)下的運行。在這種情況下，軸向力異常增加，可能導致運行不穩(wěn)定。目前沒有對軸向壓力計算(軸向壓力直接影響徑向壓力)的準確計算公式，主要是泵運行時摩擦引起的軸向壓力計算還沒有解決，國內外都采用經驗公式方法。首先，軸向壓力計算：A.B.Kpbuiob假定單螺桿泵軸向壓力pz由以下部分組成：1)密封腔內介質移動時定子內的力pz1。Pz1是使用petrov液體摩擦的公式計算的。(1)液體的動態(tài)粘度；A1滑動面面積，A1是定子內部螺旋空腔的總表面積。表面相對滑動速度，軸向流速值為TN/60；摩擦面之間的液膜厚度。實現定子和轉子間干涉配合的橡膠型定子沒有液膜厚度，因此不考慮pz1。2)轉子和定子表面摩擦(被認為是半干摩擦)產生的力pz2和轉子旋轉時定子產生的軸反應壓力pz2”的總和pz2。Pz2=pz2 pz2 (2)(3)類型離心力，其中m為轉子質量；是轉子和定子表面的半干摩擦系數，如果鉻轉子和橡膠定子之間的介質是水，則值為0.25-0.3。Pz2 僅存在于定子和轉子之間的配合為干涉時，如果配合為間隙，則pz2=0。(4)中間p定子橡膠變形為(干涉)時的壓縮力。其中h是橡膠壓縮的線性變形時的最大應力。其中h是定子橡膠層的平均厚度，c和b是橡膠常數，硬度為55-65HR的橡膠，c是532，b是0.99。L是轉子截面中心形成的螺旋長度。其中l(wèi)是工作長度。定子和轉子管接頭在干涉時為負。即(5)(3)，(5)匯入為(2):(6)3)泵去除壓力和吸入壓力的液體差異引起的分壓pz3。定子內螺旋腔的端面積A2為：(7) (8)Pd排除壓力。Ps吸氣壓力，吸氣為真空時，Ps必須為負值。因此，定子和轉子間隙結合后，軸向壓力必須是：(9)對于定子和轉子干涉配合，軸向壓力必須為：(10)二、軸向壓力的經驗公式：A.B.Kpbuiob還介紹了單螺桿泵軸向壓力pz的經驗公式：(11)中間delta 尺寸系數，干涉為負時定子和轉子的干涉或間距值；A1定子內部螺旋腔的總表面面積。A1的計算在此處沒有詳細導出，更精確的計算公式如下：(12)考慮到轉子直徑d比定子引線t小得多，可以得到以下近似值：而且用表達式(12)替換上述近似方程式后，A1的近似方程式為：(13)上述兩種計算都有實際軸向壓力和一些誤差。我國部分單位在計算軸向壓力時使用以下經驗公式：(14)K將轉子和定子表面的半干摩擦產生的軸向力和轉子旋轉時定子產生的軸向反作用力等系數考慮在內，k為1.05-1.2。第三，徑向壓力計算：因為轉子軸和驅動軸的軸不在同一平面上，所以萬向節(jié)之間的中間軸的撓曲角度直接影響徑向力pr的大小(圖1)(15)Pz軸向力；中軸的偏角。第二節(jié)單螺桿泵性能參數及其影響因素單螺桿泵性能參數通常表示流量、壓力排除、吸入壓力、速度、泵輸入功率(軸動力)、介質特性、介質溫度和介質粘度等，流速受速度和介質粘度的影響，介質粘度泵的輸入功率，速度選擇與介質粘度非常相關，也影響泵的吸入性能等。設計泵時，必須考慮這些參數之間的關系。一、流量流量是泵在單位時間內傳遞的中間質量，或從泵的每個轉動中排除的中間質量。體積流量用q表示，質量流量用Qz表示。質量流和體積流的關系如下：(16)3354介質密度(t/m3)。轉子旋轉一周，介質沿軸移動定子引線t，因此轉子旋轉一周，泵輸送的介質體積為4eDT。轉子速度為n時，單螺桿泵每秒理論流量Q1為：實際上，由于橡膠定子和轉子的配合存在干擾，定子的橡膠只能變形。因此，實際理論流小于表達式16的理論流。要獲得正確的實際理論流量值，請將轉子放入定子，切掉t長度的一部分，充水，測量注入的水的體積。泵的實際流量q低于實際理論流量Q1。這是因為如上所述，在定子和轉子之間的實際耦合操作中，一些介質通過除壓力外沒有密封的耦合間隙流回進氣室。間距越大，泄漏越多，密封腔兩端的壓力差越大，泄漏越大。此外，介質輸送過程中混合了氣體，可以減少流速。如果用q表示泵泄漏的流量，則泵的實際流量q為(17)如果同一泵傳遞不同粘度的介質，則在相同的吸入壓力、排除壓力和相同速度下，泄漏量也不同。我國現行標準流量q是以清水灣為標準的測試媒體。由于同一產品可以運輸不同粘度的介質，通常制造產品的企業(yè)都不可能沿著產品實際使用的介質進行實驗，因此我國單螺桿泵生產企業(yè)的試驗臺幾乎大部分都是將清水用作測試介質，然后根據產品實際運輸的介質粘度進行換算。轉換公式使用經驗公式，可能存在實際情況和誤差，在同一轉換公式中，不同介質粘度轉換的誤差大小也不相同。這個實驗式的標準是實驗，因為根據試驗量的程度、試驗用單螺桿泵的準確性、試驗用單螺桿泵的差異、試驗用盤柜的差異等情況，得出了不同的實驗公式。轉換后不能與實際誤差相等。日本大坂研究所(KOSAKA)的流量和粘度關系的換算公式如下：(18)Qi轉換體積流；Q1清水介質的理論流動；QH2O清水介質的實際流動；KQ流量修正系數。其中：使用介質的實際粘度。清水的粘度。俄羅斯介紹的換算公式如下：(19)也就是說，泄漏和粘度的關系被認為是：Qi在介質轉換后使用泄漏。QH2O清水測試泄漏。流動和速度的關系，從表面上看似乎成正比，即。不是這樣的。因為在相同的情況下，速度不同，泵內部的泄漏q也不同，速度下降，泄漏增加。實際速度ni與額定速度ne不匹配時，測量流Qi使用以下經驗公式轉換為額定速度ne時流Qe: (20)如上所述，泄漏量是影響q時泵性能的重要因素。因此體積效率v是輸出和理論功率的比率，即實際流量q與理論流量Q1的比率。(21)我國標準JB/T 8644-2007規(guī)定，合格產品的要求之一是泵空載時v低于96%。二、總壓力此處所說的總壓力p表示泵壓力降是排放壓力PD和吸入壓力PS之間的差異。對于容積泵，所謂的排出壓力實際上是泵的背壓，即泵出口管道系統(tǒng)的總阻力，與離心泵概念完全不同。因此，單螺桿泵的壓差與輸送介質的特性無關。但是要注意，輸送介質的粘度越大，出口管道系統(tǒng)中的阻力就越大。如果單螺桿泵的工作長度包含多個密封腔，即，如上所述，每個密封腔的兩端也有壓差 p，并且希望每個密封腔的壓差均勻，則這是理想的選擇。泵運行時，密封室內的壓力從吸入壓力增加到排除壓力，理論壓力增加必須與密封室內介質在定子內移動的距離成正比。也就是說，泵的工作長度包含的系列越多，工作長度兩端的壓力差 p就越大。因此，在單螺桿泵設計中，確定額定排除壓力PD和吸入壓力PS后，正確選擇一次壓力差 p，以確定泵定子和轉子共同工作的長度的大小l (22)，確定泵需要設計多少步驟理論上不能準確確定 p的值，因為這不僅與定子的材料、定子和轉子的干涉或間距值、定子和轉子的齒精度等有關，而且由于如上所述定子和轉子之間的不匹配，每個級別的 p值可能完全不同。設計時間仍從理想狀態(tài)出發(fā)，假設各級壓力差 p相同，我國使用橡膠定子時，目前一般無磨損的介質選擇一級壓力差 p約為0.6MPa，在這種情況下，綜合泵的效率和壽命指標更為合適。選擇稍有磨損的介質1級 p約為0.5MPa，選擇中等磨損的介質1級壓力差 p約為0.3MPa，建議嚴重磨損的介質1級壓力差 p一般不要超過0.2MPa。第三，旋轉速度單螺桿泵要穩(wěn)定工作，必須限制速度。影響選擇速度的主要因素包括：1)吸入性能。泵的速度越高，流速越大，不僅是泵吸入室的損失，速度增加到一定水平，在吸入壓力下發(fā)生的介質進入打開的密封室，或不足充電，達到一定程度的真空狀態(tài)時，輸送介質會大量析出溶解的氣體，將其以氣泡形式分散在介質上，從而導致流速減少，泵無法工作。當壓力下降到在一定溫度下運輸的介質的飽和蒸汽壓力時，泵內可能發(fā)生空化，輸送介質的連續(xù)性受損，流量急劇減少。氣穴產生的氣泡在高壓下傳遞，氣泡會以很大的速度碰撞和破裂，產生水力沖擊，產生巨大的震動和噪音，材料部分損壞，泵損壞，可能無法正常工作。因此，旋轉速度受吸入條件限制。進氣性能和速度的關系與介質的軸向流速相關，介質的軸向流速vz為(23)吸力幾何高度、吸力線上介質的摩擦阻力以及介質的特性和溫度限制了泵的允許速度。泵速度越低(23)，介質軸向流速越低，泵吸性能越高。介質粘度越高，泵的吸入性能越差。介質的溫度直接影響介質的飽和蒸汽壓力和某些介質的粘度。我國標準JB/T 8644-1997 單螺桿泵型式與基本參數偏食介質軸向流速不超過4-4.5m/s。2)粘度。隨著介質粘度的增加，在吸入壓力下進入密封室的介質不僅因電阻的增加而更加困難，而且由于轉子對介質的剪切作用而引起的機械損失也增加。因此，在單螺桿泵運行時，如果介質的粘度增大，應選擇低速度。日本TAIKO KIKAI和德國Bornemann推薦了單螺桿泵介質粘度與選擇速度的關系，如表1，2所示。表1建議的介質粘度和選擇速度動態(tài)粘度/(Pas)泵速度/(r/min)0.001-1.0400-7001.0-10200-40010-100200100-1000100表2 Bornemann推薦介質粘度與選擇速度的關系同粘度/cSt泵速度/(r/min)1-1000400-10001000-10000200-40010000-100000200100000-1000000100目前，我國的許多產品通常選擇動態(tài)粘度為0.001-1.0Pa.s時大于建議選擇值(例如600-1200r/min)的泵速度。根據介質粘度選擇泵速度與許多其他因素有關，例如定子和轉子的干涉、定子和轉子的齒修正程度、包含介質的雜志和橡膠特性等。3)介質的磨損性。介質的磨損性直接影響轉子和定子的耐磨性，即使用壽命。介質越“劣”(僅指此處包含的雜志、潤滑性和流動性等)，轉子和定子越容易磨損，泵速度越高，磨損越快。因此，泵的速度也受到傳輸介質磨損性等的限制。一些外國供應商推薦的介質磨損性與泵速度選擇的關系見表3。表3建議介質磨損和選擇泵速度磨損性介質示例速度/(r/min)輕微的水、油、漿汁、肉端、肥皂液、油漆400-600一般工業(yè)廢水、顏料、泥漿、懸浮液、砂漿、油井200-400嚴重煤漿、粘土、石灰漿、粘土、油井50-200如果介質是乳膠液體，其結構對速度有多敏感。如上所述，泵輸送介質在從油水中分離油時，應要求介質乳化不惡化，泵以低速運行，通常不要超過200r/min。四、吸入性能吸入性能與速度n和定子引線t相關(23)。轉速越低，定子導軌越小，吸力性能越高。但是，導軌t的大小不能無限制地減小，t越小，相同的流量必須增加泵的側面大小，并且可能受可加工性的限制。此外，介質的粘度越高，吸入管中的損失也越大，吸入性能也越差。如果單螺桿泵入口高于介質級別，即泵進氣室中存在真空非再充電，則應特別關注進氣性能要求，以防止由于進氣管道損耗(幾何高度和管道阻力頭損失之和)而引起的泵腔。這要考慮允許真空度的吸入。也就是說，需要空化裕量。通常，空化剩馀量與必須空化的NPSHr之間的關系如下：或者K安全毛利值，通常k為0.3m。單螺桿泵的吸氣性能很好，通常輸送清水時的最高吸收率為6米左右，單螺桿泵在一定條件下的吸力高達8.5米。輸送介質高粘度時，泵入口管道處于入口壓力，即泵處于反向充電的位置，泵入口內水也設計了螺旋推進器等裝置，必須放置介質，使其順利進入密封腔。五、泵輸入功率(軸功率)、輸出功率和效率單螺桿泵的功率通常指輸入功率，即功率源到達泵軸的功率，因此也稱為軸功率，表示為Pr(KW)(24)3354單螺桿泵總效率(%)P全壓力(pa)；Q卷流(m3/s)。單螺桿泵的有效功率，也稱為輸出功率，用Pu表示：(2