單螺桿泵參數(shù)計(jì)算

計(jì)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(jì)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(jì)算和選擇。軸向壓力值計(jì)算不考慮泵啟動(dòng)或運(yùn)行時(shí)發(fā)生干摩擦的情況，而是考慮正常狀態(tài)下的運(yùn)行。在這種情況下，軸向力異常增加，可能導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定。目前沒(méi)有對(duì)軸向壓力計(jì)算(軸向壓力直接影響徑向壓力)的準(zhǔn)確計(jì)算公式，主要是泵運(yùn)行時(shí)摩擦引起的軸向壓力計(jì)算還沒(méi)有解決，國(guó)內(nèi)外都采用經(jīng)驗(yàn)公式方法。首先，軸向壓力計(jì)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(nèi)介質(zhì)移動(dòng)時(shí)定子內(nèi)的力pz1。Pz1是使用petrov液體摩擦的公式計(jì)算的。(1)液體的動(dòng)態(tài)粘度；A1滑動(dòng)面面積，A1是定子內(nèi)部螺旋空腔的總表面積。表面相對(duì)滑動(dòng)速度，軸向流速值為TN/60；摩擦面之間的液膜厚度。實(shí)現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子間干涉配合的橡膠型定子沒(méi)有液膜厚度，因此不考慮pz1。2)轉(zhuǎn)子和定子表面摩擦(被認(rèn)為是半干摩擦)產(chǎn)生的力pz2和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)定子產(chǎn)生的軸反應(yīng)壓力pz2”的總和pz2。Pz2=pz2 pz2 (2)(3)類型離心力，其中m為轉(zhuǎn)子質(zhì)量；是轉(zhuǎn)子和定子表面的半干摩擦系數(shù)，如果鉻轉(zhuǎn)子和橡膠定子之間的介質(zhì)是水，則值為0.25-0.3。Pz2 僅存在于定子和轉(zhuǎn)子之間的配合為干涉時(shí)，如果配合為間隙，則pz2=0。(4)中間p定子橡膠變形為(干涉)時(shí)的壓縮力。其中h是橡膠壓縮的線性變形時(shí)的最大應(yīng)力。其中h是定子橡膠層的平均厚度，c和b是橡膠常數(shù)，硬度為55-65HR的橡膠，c是532，b是0.99。L是轉(zhuǎn)子截面中心形成的螺旋長(zhǎng)度。其中l(wèi)是工作長(zhǎng)度。定子和轉(zhuǎn)子管接頭在干涉時(shí)為負(fù)。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(nèi)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(shí)，Ps必須為負(fù)值。因此，定子和轉(zhuǎn)子間隙結(jié)合后，軸向壓力必須是：(9)對(duì)于定子和轉(zhuǎn)子干涉配合，軸向壓力必須為：(10)二、軸向壓力的經(jīng)驗(yàn)公式：A.B.Kpbuiob還介紹了單螺桿泵軸向壓力pz的經(jīng)驗(yàn)公式：(11)中間delta 尺寸系數(shù)，干涉為負(fù)時(shí)定子和轉(zhuǎn)子的干涉或間距值；A1定子內(nèi)部螺旋腔的總表面面積。A1的計(jì)算在此處沒(méi)有詳細(xì)導(dǎo)出，更精確的計(jì)算公式如下：(12)考慮到轉(zhuǎn)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(dá)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(jì)算都有實(shí)際軸向壓力和一些誤差。我國(guó)部分單位在計(jì)算軸向壓力時(shí)使用以下經(jīng)驗(yàn)公式：(14)K將轉(zhuǎn)子和定子表面的半干摩擦產(chǎn)生的軸向力和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)定子產(chǎn)生的軸向反作用力等系數(shù)考慮在內(nèi)，k為1.05-1.2。第三，徑向壓力計(jì)算：因?yàn)檗D(zhuǎn)子軸和驅(qū)動(dòng)軸的軸不在同一平面上，所以萬(wàn)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(shù)及其影響因素單螺桿泵性能參數(shù)通常表示流量、壓力排除、吸入壓力、速度、泵輸入功率(軸動(dòng)力)、介質(zhì)特性、介質(zhì)溫度和介質(zhì)粘度等，流速受速度和介質(zhì)粘度的影響，介質(zhì)粘度泵的輸入功率，速度選擇與介質(zhì)粘度非常相關(guān)，也影響泵的吸入性能等。設(shè)計(jì)泵時(shí)，必須考慮這些參數(shù)之間的關(guān)系。一、流量流量是泵在單位時(shí)間內(nèi)傳遞的中間質(zhì)量，或從泵的每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)中排除的中間質(zhì)量。體積流量用q表示，質(zhì)量流量用Qz表示。質(zhì)量流和體積流的關(guān)系如下：(16)3354介質(zhì)密度(t/m3)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，介質(zhì)沿軸移動(dòng)定子引線t，因此轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，泵輸送的介質(zhì)體積為4eDT。轉(zhuǎn)子速度為n時(shí)，單螺桿泵每秒理論流量Q1為：實(shí)際上，由于橡膠定子和轉(zhuǎn)子的配合存在干擾，定子的橡膠只能變形。因此，實(shí)際理論流小于表達(dá)式16的理論流。要獲得正確的實(shí)際理論流量值，請(qǐng)將轉(zhuǎn)子放入定子，切掉t長(zhǎng)度的一部分，充水，測(cè)量注入的水的體積。泵的實(shí)際流量q低于實(shí)際理論流量Q1。這是因?yàn)槿缟纤?，在定子和轉(zhuǎn)子之間的實(shí)際耦合操作中，一些介質(zhì)通過(guò)除壓力外沒(méi)有密封的耦合間隙流回進(jìn)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(zhì)輸送過(guò)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(shí)際流量q為(17)如果同一泵傳遞不同粘度的介質(zhì)，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(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)流量q是以清水灣為標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試媒體。由于同一產(chǎn)品可以運(yùn)輸不同粘度的介質(zhì)，通常制造產(chǎn)品的企業(yè)都不可能沿著產(chǎn)品實(shí)際使用的介質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此我國(guó)單螺桿泵生產(chǎn)企業(yè)的試驗(yàn)臺(tái)幾乎大部分都是將清水用作測(cè)試介質(zhì)，然后根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)粘度進(jìn)行換算。轉(zhuǎn)換公式使用經(jīng)驗(yàn)公式，可能存在實(shí)際情況和誤差，在同一轉(zhuǎn)換公式中，不同介質(zhì)粘度轉(zhuǎn)換的誤差大小也不相同。這個(gè)實(shí)驗(yàn)式的標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)驗(yàn)，因?yàn)楦鶕?jù)試驗(yàn)量的程度、試驗(yàn)用單螺桿泵的準(zhǔn)確性、試驗(yàn)用單螺桿泵的差異、試驗(yàn)用盤柜的差異等情況，得出了不同的實(shí)驗(yàn)公式。轉(zhuǎn)換后不能與實(shí)際誤差相等。日本大坂研究所(KOSAKA)的流量和粘度關(guān)系的換算公式如下：(18)Qi轉(zhuǎn)換體積流；Q1清水介質(zhì)的理論流動(dòng)；QH2O清水介質(zhì)的實(shí)際流動(dòng)；KQ流量修正系數(shù)。其中：使用介質(zhì)的實(shí)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(shuō)，泄漏和粘度的關(guān)系被認(rèn)為是：Qi在介質(zhì)轉(zhuǎn)換后使用泄漏。QH2O清水測(cè)試泄漏。流動(dòng)和速度的關(guān)系，從表面上看似乎成正比，即。不是這樣的。因?yàn)樵谙嗤那闆r下，速度不同，泵內(nèi)部的泄漏q也不同，速度下降，泄漏增加。實(shí)際速度ni與額定速度ne不匹配時(shí)，測(cè)量流Qi使用以下經(jīng)驗(yàn)公式轉(zhuǎn)換為額定速度ne時(shí)流Qe: (20)如上所述，泄漏量是影響q時(shí)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(shí)際流量q與理論流量Q1的比率。(21)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8644-2007規(guī)定，合格產(chǎn)品的要求之一是泵空載時(shí)v低于96%。二、總壓力此處所說(shuō)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(duì)于容積泵，所謂的排出壓力實(shí)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(zhì)的特性無(wú)關(guān)。但是要注意，輸送介質(zhì)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(zhǎng)度包含多個(gè)密封腔，即，如上所述，每個(gè)密封腔的兩端也有壓差 p，并且希望每個(gè)密封腔的壓差均勻，則這是理想的選擇。泵運(yùn)行時(shí)，密封室內(nèi)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(nèi)介質(zhì)在定子內(nèi)移動(dòng)的距離成正比。也就是說(shuō)，泵的工作長(zhǎng)度包含的系列越多，工作長(zhǎng)度兩端的壓力差 p就越大。因此，在單螺桿泵設(shè)計(jì)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(zhuǎn)子共同工作的長(zhǎng)度的大小l (22)，確定泵需要設(shè)計(jì)多少步驟理論上不能準(zhǔn)確確定 p的值，因?yàn)檫@不僅與定子的材料、定子和轉(zhuǎn)子的干涉或間距值、定子和轉(zhuǎn)子的齒精度等有關(guān)，而且由于如上所述定子和轉(zhuǎn)子之間的不匹配，每個(gè)級(jí)別的 p值可能完全不同。設(shè)計(jì)時(shí)間仍從理想狀態(tài)出發(fā)，假設(shè)各級(jí)壓力差 p相同，我國(guó)使用橡膠定子時(shí)，目前一般無(wú)磨損的介質(zhì)選擇一級(jí)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(biāo)更為合適。選擇稍有磨損的介質(zhì)1級(jí) p約為0.5MPa，選擇中等磨損的介質(zhì)1級(jí)壓力差 p約為0.3MPa，建議嚴(yán)重磨損的介質(zhì)1級(jí)壓力差 p一般不要超過(guò)0.2MPa。第三，旋轉(zhuǎn)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(zhì)進(jìn)入打開的密封室，或不足充電，達(dá)到一定程度的真空狀態(tài)時(shí)，輸送介質(zhì)會(huì)大量析出溶解的氣體，將其以氣泡形式分散在介質(zhì)上，從而導(dǎo)致流速減少，泵無(wú)法工作。當(dāng)壓力下降到在一定溫度下運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)的飽和蒸汽壓力時(shí)，泵內(nèi)可能發(fā)生空化，輸送介質(zhì)的連續(xù)性受損，流量急劇減少。氣穴產(chǎn)生的氣泡在高壓下傳遞，氣泡會(huì)以很大的速度碰撞和破裂，產(chǎn)生水力沖擊，產(chǎn)生巨大的震動(dòng)和噪音，材料部分損壞，泵損壞，可能無(wú)法正常工作。因此，旋轉(zhuǎn)速度受吸入條件限制。進(jìn)氣性能和速度的關(guān)系與介質(zhì)的軸向流速相關(guān)，介質(zhì)的軸向流速vz為(23)吸力幾何高度、吸力線上介質(zhì)的摩擦阻力以及介質(zhì)的特性和溫度限制了泵的允許速度。泵速度越低(23)，介質(zhì)軸向流速越低，泵吸性能越高。介質(zhì)粘度越高，泵的吸入性能越差。介質(zhì)的溫度直接影響介質(zhì)的飽和蒸汽壓力和某些介質(zhì)的粘度。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8644-1997 單螺桿泵型式與基本參數(shù)偏食介質(zhì)軸向流速不超過(guò)4-4.5m/s。2)粘度。隨著介質(zhì)粘度的增加，在吸入壓力下進(jìn)入密封室的介質(zhì)不僅因電阻的增加而更加困難，而且由于轉(zhuǎn)子對(duì)介質(zhì)的剪切作用而引起的機(jī)械損失也增加。因此，在單螺桿泵運(yùn)行時(shí)，如果介質(zhì)的粘度增大，應(yīng)選擇低速度。日本TAIKO KIKAI和德國(guó)Bornemann推薦了單螺桿泵介質(zhì)粘度與選擇速度的關(guān)系，如表1，2所示。表1建議的介質(zhì)粘度和選擇速度動(dòng)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(zhì)粘度與選擇速度的關(guān)系同粘度/cSt泵速度/(r/min)1-1000400-10001000-10000200-40010000-100000200100000-1000000100目前，我國(guó)的許多產(chǎn)品通常選擇動(dòng)態(tài)粘度為0.001-1.0Pa.s時(shí)大于建議選擇值(例如600-1200r/min)的泵速度。根據(jù)介質(zhì)粘度選擇泵速度與許多其他因素有關(guān)，例如定子和轉(zhuǎn)子的干涉、定子和轉(zhuǎn)子的齒修正程度、包含介質(zhì)的雜志和橡膠特性等。3)介質(zhì)的磨損性。介質(zhì)的磨損性直接影響轉(zhuǎn)子和定子的耐磨性，即使用壽命。介質(zhì)越“劣”(僅指此處包含的雜志、潤(rùn)滑性和流動(dòng)性等)，轉(zhuǎn)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(zhì)磨損性等的限制。一些外國(guó)供應(yīng)商推薦的介質(zhì)磨損性與泵速度選擇的關(guān)系見表3。表3建議介質(zhì)磨損和選擇泵速度磨損性介質(zhì)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(yán)重煤漿、粘土、石灰漿、粘土、油井50-200如果介質(zhì)是乳膠液體，其結(jié)構(gòu)對(duì)速度有多敏感。如上所述，泵輸送介質(zhì)在從油水中分離油時(shí)，應(yīng)要求介質(zhì)乳化不惡化，泵以低速運(yùn)行，通常不要超過(guò)200r/min。四、吸入性能吸入性能與速度n和定子引線t相關(guān)(23)。轉(zhuǎn)速越低，定子導(dǎo)軌越小，吸力性能越高。但是，導(dǎo)軌t的大小不能無(wú)限制地減小，t越小，相同的流量必須增加泵的側(cè)面大小，并且可能受可加工性的限制。此外，介質(zhì)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(zhì)級(jí)別，即泵進(jìn)氣室中存在真空非再充電，則應(yīng)特別關(guān)注進(jìn)氣性能要求，以防止由于進(jìn)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(shuō)，需要空化裕量。通常，空化剩馀量與必須空化的NPSHr之間的關(guān)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(shí)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(dá)8.5米。輸送介質(zhì)高粘度時(shí)，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(nèi)水也設(shè)計(jì)了螺旋推進(jìn)器等裝置，必須放置介質(zhì)，使其順利進(jìn)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(dá)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