雙端迷宮螺旋泵技術(shù)介紹

1、1雙端迷宮螺旋泵技術(shù)介紹雙端迷宮螺旋泵技術(shù)介紹黎鏡中 北京化工大學(xué)北京化工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 2一、前言一、前言 迷宮螺旋泵的研究開(kāi)始于二十世紀(jì)六十年代初，至今迷宮螺旋泵的研究開(kāi)始于二十世紀(jì)六十年代初，至今公開(kāi)發(fā)表的有關(guān)迷宮螺旋泵的文獻(xiàn)極為有限。公開(kāi)發(fā)表的有關(guān)迷宮螺旋泵的文獻(xiàn)極為有限。 在國(guó)外僅有前蘇聯(lián)發(fā)表過(guò)很少的資料及進(jìn)行過(guò)相關(guān)產(chǎn)品在國(guó)外僅有前蘇聯(lián)發(fā)表過(guò)很少的資料及進(jìn)行過(guò)相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。的開(kāi)發(fā)。 在國(guó)內(nèi)我院是唯一得到國(guó)家自然科學(xué)基金資助及中國(guó)石在國(guó)內(nèi)我院是唯一得到國(guó)家自然科學(xué)基金資助及中國(guó)石油化工集團(tuán)公司科研立項(xiàng)研制迷宮螺旋泵的單位。油化工集團(tuán)公司科研立項(xiàng)研制迷宮螺旋泵的單位。

2、在國(guó)內(nèi)我院是唯一將迷宮螺旋泵產(chǎn)品應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)的單位。在國(guó)內(nèi)我院是唯一將迷宮螺旋泵產(chǎn)品應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)的單位。 在國(guó)內(nèi)我院是唯一發(fā)表過(guò)有關(guān)迷宮螺旋泵文章的單位。在國(guó)內(nèi)我院是唯一發(fā)表過(guò)有關(guān)迷宮螺旋泵文章的單位。3 目前高揚(yáng)程小流量泵仍然是國(guó)內(nèi)外泵業(yè)攻關(guān)課題。美國(guó)目前高揚(yáng)程小流量泵仍然是國(guó)內(nèi)外泵業(yè)攻關(guān)課題。美國(guó)在該領(lǐng)域內(nèi)取得突破性的成果，例如開(kāi)發(fā)出高速泵、旋噴泵在該領(lǐng)域內(nèi)取得突破性的成果，例如開(kāi)發(fā)出高速泵、旋噴泵等。等。 現(xiàn)國(guó)內(nèi)高揚(yáng)程小流量泵多是柱塞泵和多級(jí)離心泵等?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)高揚(yáng)程小流量泵多是柱塞泵和多級(jí)離心泵等。 我院研制迷宮螺旋泵是在研究迷宮螺旋密封的基礎(chǔ)上進(jìn)我院研制迷宮螺旋泵是在研究迷宮螺旋密封的基礎(chǔ)上

3、進(jìn)行的。行的。 朱毅征教授為研制迷宮螺旋泵作出突出貢獻(xiàn)。朱毅征教授為研制迷宮螺旋泵作出突出貢獻(xiàn)。 4 我院研制新型雙端迷宮螺旋泵的主要內(nèi)容：我院研制新型雙端迷宮螺旋泵的主要內(nèi)容：1、泵轉(zhuǎn)子與定子螺紋齒型的優(yōu)化組合、泵轉(zhuǎn)子與定子螺紋齒型的優(yōu)化組合2、泵整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、泵整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)3、泵轉(zhuǎn)子與定子的齒形、螺紋頭數(shù)、螺紋升角、徑、泵轉(zhuǎn)子與定子的齒形、螺紋頭數(shù)、螺紋升角、徑向間隙等參數(shù)對(duì)泵性能的影響向間隙等參數(shù)對(duì)泵性能的影響4、泵轉(zhuǎn)子與定子的加工方法。、泵轉(zhuǎn)子與定子的加工方法。5目前成果目前成果現(xiàn)已研制出參數(shù)為：現(xiàn)已研制出參數(shù)為：H=5500m，Q=0.056 l/s的臥式、立式等多種的臥式、

4、立式等多種樣機(jī)。樣機(jī)。我院研究的新型雙端迷宮螺旋泵是一種新型泵，為我國(guó)高揚(yáng)我院研究的新型雙端迷宮螺旋泵是一種新型泵，為我國(guó)高揚(yáng)程、小流量的泵又增加一個(gè)新產(chǎn)品。程、小流量的泵又增加一個(gè)新產(chǎn)品。6雙端迷宮螺旋泵是針對(duì)單端迷宮螺雙端迷宮螺旋泵是針對(duì)單端迷宮螺旋泵而言旋泵而言雙端迷宮螺旋泵的突出表現(xiàn)優(yōu)勢(shì)雙端迷宮螺旋泵的突出表現(xiàn)優(yōu)勢(shì) 7 我院研制的新型雙端迷宮螺旋泵（見(jiàn)圖），參數(shù)H=100m、Q=1 m3/h、比轉(zhuǎn)數(shù)5.59是高揚(yáng)程小流量泵。 新型雙端迷宮螺旋泵優(yōu)化設(shè)計(jì)示意圖8雙端迷宮螺旋泵原設(shè)計(jì)示意圖雙端迷宮螺旋泵原設(shè)計(jì)示意圖91、工作原理、工作原理 ： 迷宮螺旋泵是由一對(duì)帶有多頭螺紋且旋向相反的轉(zhuǎn)子

5、和定子組成 ，轉(zhuǎn)子和定子之間留有間隙。 由轉(zhuǎn)子和定子及轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙所形成的工作腔稱(chēng)為迷宮螺旋體 當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子螺紋對(duì)其槽內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生兩方面的作用：一方面攜帶介質(zhì)克服摩擦阻力作圓周運(yùn)動(dòng)，另一方面推動(dòng)介質(zhì)沿軸向前進(jìn)，從而獲得泵揚(yáng)程。介質(zhì)從螺紋間隙中流出，因流道縫隙小，故泵流量小。 迷宮螺旋泵是利用迷宮螺旋體的特性而研制的一種新型高揚(yáng)程小流量泵。 二、新型雙端迷宮螺旋泵的研制過(guò)程二、新型雙端迷宮螺旋泵的研制過(guò)程 10 迷宮螺旋泵揚(yáng)程與流量的關(guān)系同螺桿旋渦泵，其公式為： 式中：K 揚(yáng)程系數(shù) V轉(zhuǎn)子圓周速度 V =nD/60 Sc橫截面通道面積 Z螺紋頭數(shù) L轉(zhuǎn)子螺旋體長(zhǎng)度 D轉(zhuǎn)子直徑

6、 螺紋與軸線間夾角2)tg2(cTSQVDZLgKH 迷宮螺旋體的流道是曲折復(fù)雜的，介質(zhì)通過(guò)類(lèi)似蜂窩狀的蜂窩體。蜂窩體的數(shù)量取決于迷宮螺旋體的長(zhǎng)度,螺紋頭數(shù)和導(dǎo)程。迷宮螺旋體的全部壓力應(yīng)由全部蜂窩體上的力形成。設(shè)在長(zhǎng)為L(zhǎng)的螺旋體上，則有m個(gè)蜂窩體: m=ZL/S S-導(dǎo)程 Z-螺紋頭數(shù)2、 揚(yáng)程計(jì)算揚(yáng)程計(jì)算113、性能特點(diǎn) （1）雙端迷宮螺旋泵主要由轉(zhuǎn)子和定子組成，泵整體結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單（柱塞泵、多級(jí)離心泵相比）、維修方便。該泵只需一段迷宮螺旋體，轉(zhuǎn)子不增速就可以達(dá)到較高的揚(yáng)程。（2）雙端迷宮螺旋泵流量小、揚(yáng)程高，比轉(zhuǎn)數(shù)低（Ns可達(dá)36），這是一般離心泵無(wú)法達(dá)到的。（3）雙端迷宮螺旋泵有良好的自吸

7、性，改善了軸封的工作環(huán)境，泵密封性能好，甚至可達(dá)“零”泄漏。（4）雙端迷宮螺旋泵比單端迷宮螺旋的流量、揚(yáng)程曲線更平穩(wěn)，該泵流量沒(méi)有脈動(dòng)現(xiàn)象，尤其適用于精密生產(chǎn)工藝過(guò)程中介質(zhì)輸送，以及對(duì)流量有嚴(yán)格要求的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)合等。（5）該泵轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，是一個(gè)高度均勻的旋轉(zhuǎn)體，且無(wú)其它運(yùn)動(dòng)部件，因此運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、噪音小。（6）預(yù)計(jì)該泵可以實(shí)現(xiàn)氣、液混合輸送（尚處于研究階段）。 124、螺紋參數(shù)選取、螺紋參數(shù)選取 迷宮螺旋泵的做功元件（轉(zhuǎn)子和定子）的螺紋形狀、幾何尺寸等直接影響泵的流量、揚(yáng)程、效率性能參數(shù)，因此這些參數(shù)的選取至關(guān)重要。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，我們?nèi)〉媒?jīng)驗(yàn)如下： bG bL ct螺紋形狀

8、有梯形、半圓形和三角形等基本形式。在轉(zhuǎn)速和主要幾何尺寸螺紋形狀有梯形、半圓形和三角形等基本形式。在轉(zhuǎn)速和主要幾何尺寸相同的情況下，這三種螺紋形狀對(duì)流量、揚(yáng)程的影響依次是相同的情況下，這三種螺紋形狀對(duì)流量、揚(yáng)程的影響依次是 : 對(duì)流量對(duì)流量Q的影響：半圓形的影響：半圓形 梯形梯形 三角形三角形 對(duì)揚(yáng)程對(duì)揚(yáng)程H的影響：三角形的影響：三角形 梯形梯形 半圓形半圓形13( 1 )( 1 )螺旋升角螺旋升角 ( 2 ) ( 2 ) 螺紋槽深螺紋槽深t t ( 3 ) ( 3 ) 泵轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙泵轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙c c ( 4 ) ( 4 )螺紋槽寬螺紋槽寬b bG G與螺紋棱寬與螺紋棱寬b

9、bL L ( 5 ) ( 5 )泵的變工況運(yùn)行泵的變工況運(yùn)行 5、其它參數(shù)對(duì)泵的影響、其它參數(shù)對(duì)泵的影響14 轉(zhuǎn)子單一螺紋 轉(zhuǎn)子復(fù)合螺紋 實(shí)驗(yàn)研究證明：迷宮螺旋泵選用三角形螺紋可獲得高揚(yáng)程，選用半圓形螺紋可獲得大流量。我們綜合考慮三角形和圓弧形兩種螺紋的性能優(yōu)勢(shì)，將這兩種螺紋優(yōu)化組合，提高了泵的性能。 三、新型雙端迷宮螺旋泵的創(chuàng)新簡(jiǎn)介三、新型雙端迷宮螺旋泵的創(chuàng)新簡(jiǎn)介 將原泵轉(zhuǎn)子單一螺紋設(shè)計(jì)為復(fù)合螺紋結(jié)構(gòu)。將原泵轉(zhuǎn)子單一螺紋設(shè)計(jì)為復(fù)合螺紋結(jié)構(gòu)。創(chuàng)新創(chuàng)新1：15 迷宮螺旋泵的螺紋齒型有矩形、方形、梯形、半圓形和三角形等基本形式。 迷宮螺旋泵性能曲線變化，受各種因素影響。要比較各種齒型性能曲線走向，

10、必需在泵轉(zhuǎn)子和定子的直徑、長(zhǎng)度、導(dǎo)程、頭數(shù)、間隙等主要數(shù)據(jù)相同的條件下進(jìn)行。 下面是在相同條件下的三角形、半園形及新研制的復(fù)合螺紋的性能曲線特點(diǎn)及比較： 螺紋齒型螺紋齒型16（1）三角形螺紋性能曲線的特點(diǎn)是可獲得明顯的高揚(yáng)程參數(shù)指標(biāo)。 但它的性能曲線非常陡，泵在工作時(shí)任何地方有點(diǎn)磨損，性能曲線變化明顯，不利于泵長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。近年來(lái)，我們通常將泵轉(zhuǎn)子和定子螺紋設(shè)計(jì)為三角形，主要是利用三角形螺紋可獲得明顯的高揚(yáng)程小流量參數(shù)特點(diǎn)，忽略了不足之處，所以造成研制工作進(jìn)度遲緩。17（2）半園形螺紋性能曲線的特點(diǎn)是可獲得明顯的大流量參數(shù)指標(biāo)。它的性能曲線較平緩，泵在工作時(shí)有點(diǎn)磨損，性能曲線變化不大，因此有利

11、于泵長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。 18（3）不同齒型的性能曲線比較不同齒型的性能曲線比較 該圖是三角形、半園形和復(fù)合螺紋齒型的性能曲線比較。由此可以看出選用復(fù)合螺紋齒型泵的性能優(yōu)勢(shì)。19 原轉(zhuǎn)子單一螺紋 現(xiàn)轉(zhuǎn)子復(fù)合螺紋 （4）通過(guò)分析迷宮螺旋泵的轉(zhuǎn)子螺紋采用復(fù)合螺紋組合?？梢猿浞职l(fā)揮三角形和半園形兩種螺紋的性能優(yōu)勢(shì) 該泵即可獲得明顯的高揚(yáng)程指標(biāo)，又可獲得明顯的平緩該泵即可獲得明顯的高揚(yáng)程指標(biāo)，又可獲得明顯的平緩流量保證。因此迷宮螺旋泵在長(zhǎng)期工作時(shí)有點(diǎn)磨損流量保證。因此迷宮螺旋泵在長(zhǎng)期工作時(shí)有點(diǎn)磨損 ，泵性能，泵性能曲線變化也不大，有利于泵穩(wěn)定工作。曲線變化也不大，有利于泵穩(wěn)定工作。20 我院將新型雙端迷宮螺

12、旋泵的轉(zhuǎn)子和定子設(shè)計(jì)成圓柱形標(biāo)準(zhǔn)件。為迷宮螺旋泵科研提速，為迷宮螺旋泵工業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造條件。創(chuàng)新創(chuàng)新2：21創(chuàng)新創(chuàng)新2：22新型雙端迷宮螺旋泵轉(zhuǎn)子和定子結(jié)構(gòu)改進(jìn)示意圖： 23 我院研制的新型雙端迷宮螺旋泵，將轉(zhuǎn)子和定子優(yōu)化設(shè)計(jì)為圓柱形標(biāo)準(zhǔn)我院研制的新型雙端迷宮螺旋泵，將轉(zhuǎn)子和定子優(yōu)化設(shè)計(jì)為圓柱形標(biāo)準(zhǔn)件，解決了多年來(lái)制約迷宮螺旋泵發(fā)展的瓶頸難題。研制進(jìn)程明顯加快，為件，解決了多年來(lái)制約迷宮螺旋泵發(fā)展的瓶頸難題。研制進(jìn)程明顯加快，為迷宮螺旋泵的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。迷宮螺旋泵的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。 我院已經(jīng)設(shè)計(jì)出以轉(zhuǎn)子尺寸為標(biāo)準(zhǔn)（我院已經(jīng)設(shè)計(jì)出以轉(zhuǎn)子尺寸為標(biāo)準(zhǔn)（80、100、150、200等）等）十多個(gè)規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化系列產(chǎn)品。十多個(gè)規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化系列產(chǎn)品。 24 設(shè)計(jì)專(zhuān)用設(shè)備，確保新型雙端迷宮螺旋泵關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)子和定子的加工達(dá)到技術(shù)要求。迷宮螺旋泵有了合理的設(shè)計(jì)方案后，如何保證轉(zhuǎn)子和定子的加工技術(shù)要求，這在該泵的發(fā)展與研制中，也是一大難題。創(chuàng)新創(chuàng)新3：25 四四、研制小結(jié)小結(jié)1、迷宮螺旋泵的合理設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。 不同的設(shè)計(jì)就有不同的泵性能。 不同的設(shè)計(jì)就有不同的泵效率。2、專(zhuān)用設(shè)備制造迷宮螺旋泵是產(chǎn)品質(zhì)量的保證。