螺桿泵教材2005

1、螺桿泵的相關(guān)知識螺桿泵的相關(guān)知識 本章主要講解的內(nèi)容：本章主要講解的內(nèi)容： 螺桿泵是螺桿式流體輸送機械的一種，是擺線內(nèi)嚙合螺桿泵是螺桿式流體輸送機械的一種，是擺線內(nèi)嚙合螺旋齒輪副的一種應(yīng)用。螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子副（也叫螺螺旋齒輪副的一種應(yīng)用。螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子副（也叫螺桿桿襯套副）是利用擺線的多等效動點效應(yīng)，在空間形襯套副）是利用擺線的多等效動點效應(yīng)，在空間形成封閉腔室，并當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子作相對轉(zhuǎn)動時，封閉腔室能成封閉腔室，并當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子作相對轉(zhuǎn)動時，封閉腔室能作軸向移動，使其中的液體從一端移向另一端，實現(xiàn)機械作軸向移動，使其中的液體從一端移向另一端，實現(xiàn)機械能和液體能的相互轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)舉升作用。

2、螺桿泵又有能和液體能的相互轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)舉升作用。螺桿泵又有單頭單頭( (或單線或單線) )螺桿泵和多頭（或多線）螺桿泵之分。螺桿泵和多頭（或多線）螺桿泵之分。 1 1：2 2結(jié)構(gòu) 2 2：3 3結(jié)構(gòu) 3 3：4 4結(jié)構(gòu) 4 4：5 5結(jié)構(gòu)單螺桿泵由哪幾部分組成？單螺桿泵由哪幾部分組成？1-下接頭；2-限位銷；3-定子；4-轉(zhuǎn)子；5-上接頭 單螺桿泵由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子由鋼制外套和橡膠單螺桿泵由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子由鋼制外套和橡膠襯套組成，轉(zhuǎn)子由合金鋼的棒料經(jīng)過精車、鍍鉻并拋光加襯套組成，轉(zhuǎn)子由合金鋼的棒料經(jīng)過精車、鍍鉻并拋光加工而成。轉(zhuǎn)子有空心轉(zhuǎn)子和實心轉(zhuǎn)子兩種工而成。轉(zhuǎn)子有空心轉(zhuǎn)子和實心

3、轉(zhuǎn)子兩種。 螺桿泵定子是用丁腈橡膠襯套澆鑄粘接在鋼體外套內(nèi)而形成的一種腔螺桿泵定子是用丁腈橡膠襯套澆鑄粘接在鋼體外套內(nèi)而形成的一種腔體裝置。定子內(nèi)表面呈雙螺旋曲面，與轉(zhuǎn)子外表面相配合。體裝置。定子內(nèi)表面呈雙螺旋曲面，與轉(zhuǎn)子外表面相配合。 沿著螺桿泵的全長，在轉(zhuǎn)沿著螺桿泵的全長，在轉(zhuǎn)子外表面與定子橡膠襯套內(nèi)表子外表面與定子橡膠襯套內(nèi)表面間形成多個密封腔室；隨著面間形成多個密封腔室；隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，在吸入端轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，在吸入端轉(zhuǎn)子與定子橡膠襯套內(nèi)表面間會不斷定子橡膠襯套內(nèi)表面間會不斷形成密封腔室，并向排出端推形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，油液移，最后在排出端消失，油液在吸入

4、端壓差的作用下被吸入，在吸入端壓差的作用下被吸入，并由吸入端推擠到排出端，壓并由吸入端推擠到排出端，壓力不斷升高，流量非常均勻力不斷升高，流量非常均勻 。螺桿泵工作原螺桿泵工作原理是什么？理是什么？ 螺桿泵工作的過程本質(zhì)上也就是密封腔室不斷形成、推移和消失的過程。螺桿泵工作的過程本質(zhì)上也就是密封腔室不斷形成、推移和消失的過程。螺桿泵定、轉(zhuǎn)子的線數(shù)及線型螺桿泵定、轉(zhuǎn)子的線數(shù)及線型 目前所應(yīng)用的螺桿泵線數(shù)均采用N/N+1形式，即定子的線數(shù)總是比轉(zhuǎn)子的線數(shù)多一線，這是由空間嚙合理論所決定的。螺桿泵的線數(shù)與螺桿數(shù)量是兩個根本不同的概念，不應(yīng)混為一談。 定轉(zhuǎn)子齒形類型主要有以下兩種：定轉(zhuǎn)子齒形類型主要有

5、以下兩種：以短幅外擺線的內(nèi)等距線作為螺桿的原始齒以短幅外擺線的內(nèi)等距線作為螺桿的原始齒形曲線，其共軛曲線作為襯套的齒形曲線。形曲線，其共軛曲線作為襯套的齒形曲線。以短幅內(nèi)擺線的外等距線作為襯套的原始齒以短幅內(nèi)擺線的外等距線作為襯套的原始齒形曲線，其共軛曲線作為螺桿的齒形曲線。形曲線，其共軛曲線作為螺桿的齒形曲線。 螺桿泵有哪些結(jié)構(gòu)參數(shù)？螺桿泵有哪些結(jié)構(gòu)參數(shù)？e 轉(zhuǎn)子偏心距，mm；D 轉(zhuǎn)子截圓直徑，mm；T 定子導(dǎo)程，mm。螺桿泵三個重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)：螺桿泵三個重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)： 在螺桿泵參數(shù)設(shè)計過程中，這在螺桿泵參數(shù)設(shè)計過程中，這三個基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇及相三個基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇及相互之間的

6、合理配比顯得尤為重要，互之間的合理配比顯得尤為重要，它們直接影響著螺桿泵的工作特性它們直接影響著螺桿泵的工作特性和使用壽命。和使用壽命。 TDe eDTnQeDTnQeDTnQeDTnQ 現(xiàn)場應(yīng)用中，根據(jù)選用泵的型號可計算出理論排量，現(xiàn)場應(yīng)用中，根據(jù)選用泵的型號可計算出理論排量，公式如下：公式如下：6101440Qnq式中：Q螺桿泵理論排量，m3/d；q螺桿泵每轉(zhuǎn)排量，ml/r；n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min。螺桿泵理論排量如何計算螺桿泵理論排量如何計算 ？ 理論排量公式如下：理論排量公式如下： 螺桿泵作為水力機械必須要滿足以下三個必要螺桿泵作為水力機械必須要滿足以下三個必要 ：1 1、定、轉(zhuǎn)子能夠互

7、相匹配、定、轉(zhuǎn)子能夠互相匹配 能夠滿足一般齒形嚙合運動的要求。能夠滿足一般齒形嚙合運動的要求。2 2、轉(zhuǎn)子和定子襯套能夠保證密封性、轉(zhuǎn)子和定子襯套能夠保證密封性 轉(zhuǎn)子和定子襯套間能形成多個密封腔室，以充滿工作液體。轉(zhuǎn)子和定子襯套間能形成多個密封腔室，以充滿工作液體。3 3、密封腔室能夠不斷推移、密封腔室能夠不斷推移 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動能夠使密封腔室連同其中的工作液體連續(xù)地沿軸轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動能夠使密封腔室連同其中的工作液體連續(xù)地沿軸向推移，并在推移過程中進行機械能和液體能的相互轉(zhuǎn)化。向推移，并在推移過程中進行機械能和液體能的相互轉(zhuǎn)化。螺桿泵的三個基本要求是什么？螺桿泵的三個基本要求是什么？條件條件 螺桿泵綜

8、合了柱塞泵和離心泵的優(yōu)點，即在不同的壓力條件下螺桿泵綜合了柱塞泵和離心泵的優(yōu)點，即在不同的壓力條件下流量改變很小，而且流量非常均勻；流量改變很小，而且流量非常均勻； 無閥，對氣的適應(yīng)性好，不會產(chǎn)生無閥，對氣的適應(yīng)性好，不會產(chǎn)生“氣鎖氣鎖”現(xiàn)象（柱塞泵）和現(xiàn)象（柱塞泵）和 “氣蝕氣蝕”現(xiàn)象（離心泵）；現(xiàn)象（離心泵）； 結(jié)構(gòu)方面的特點：運動件很少（只有轉(zhuǎn)子一個運動件）、流道結(jié)構(gòu)方面的特點：運動件很少（只有轉(zhuǎn)子一個運動件）、流道短而且簡單，過流面積大，油流擾動小，因此攜帶能力強；短而且簡單，過流面積大，油流擾動小，因此攜帶能力強； 對砂、蠟的適應(yīng)性好，能夠在高粘原油中以較高的效率工作；對砂、蠟的適應(yīng)

9、性好，能夠在高粘原油中以較高的效率工作； 螺桿泵的各種優(yōu)點是相對而言的，對于一些特殊介質(zhì)，也會對螺桿泵的各種優(yōu)點是相對而言的，對于一些特殊介質(zhì)，也會對螺桿泵的水力特性產(chǎn)生一定程度的影響，但相對抽油機和電泵而言，螺桿泵的水力特性產(chǎn)生一定程度的影響，但相對抽油機和電泵而言，敏感性較小。敏感性較小。A AB BC CD DE E螺桿泵的特點及優(yōu)點是什么螺桿泵的特點及優(yōu)點是什么？ 1、螺桿泵運動學(xué)特征、螺桿泵運動學(xué)特征 （1 1）螺桿泵定、轉(zhuǎn)子型線）螺桿泵定、轉(zhuǎn)子型線 單頭單螺桿泵的定轉(zhuǎn)子實質(zhì)是由普通內(nèi)擺線的外等矩線作為定子型線，而與之共軛的曲線作為轉(zhuǎn)子型線的空間共軛曲面。eO2tY2X2Z2Ryy2

10、xx2O1O2M轉(zhuǎn)子可視為半徑為轉(zhuǎn)子可視為半徑為R R的圓片沿著螺距為的圓片沿著螺距為t t、偏心為、偏心為e e的螺旋線連續(xù)移動所形成的軌跡。的螺旋線連續(xù)移動所形成的軌跡。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 定子襯套曲面是由兩個半徑為R（轉(zhuǎn)子半徑）的半圓和兩條長度為4e的直線段組成的封閉對稱曲線以長度T（T=2t）為導(dǎo)程螺旋旋轉(zhuǎn)形成空間螺旋曲面。定子結(jié)構(gòu)圖定子結(jié)構(gòu)圖y12e2ex1RtO1x1y1O1 2e2eRAA定 子 型 線定 子 型 線 嚙合線方程嚙合線方程 2211111111sin2)sin(cos2)cos(tntzeRyeRx線嚙合線方程為： 在某一時刻對于線嚙合線在空間表現(xiàn)為間隔T/2的軸向

11、長度的一條平面半圓（半徑為R）曲線，而點嚙合線表現(xiàn)為兩條對稱間距為2R的兩條螺旋狀曲線。點嚙合線方程為：tzeeRyeeRx2sin)sin(2coscos)cos(2sin1111111 螺桿泵定轉(zhuǎn)子的嚙合分為兩類嚙合，一類是轉(zhuǎn)子螺桿泵定轉(zhuǎn)子的嚙合分為兩類嚙合，一類是轉(zhuǎn)子與定子襯套半圓處的嚙合與定子襯套半圓處的嚙合-線嚙合，另一類嚙合是轉(zhuǎn)線嚙合，另一類嚙合是轉(zhuǎn)子與定子襯套直線段的嚙合子與定子襯套直線段的嚙合-點嚙合。點嚙合。 2 2=-=-1 1A、轉(zhuǎn)子中心的運動規(guī)律、轉(zhuǎn)子中心的運動規(guī)律 a、角速度的關(guān)系、角速度的關(guān)系XO1M,M0O2Ye2e21轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)（2 2）

12、轉(zhuǎn)子運動規(guī)律分析轉(zhuǎn)子運動規(guī)律分析n221、螺桿泵運動學(xué)特征、螺桿泵運動學(xué)特征 A、轉(zhuǎn)子中心的運動規(guī)律、轉(zhuǎn)子中心的運動規(guī)律 b、運動軌跡及速度、運動軌跡及速度 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子點嚙合點嚙合線嚙合線嚙合點嚙合點速度點嚙合點速度線嚙合點速度線嚙合點速度 轉(zhuǎn)子截面中心轉(zhuǎn)子截面中心速速 度度嚙合點最大和最嚙合點最大和最小滑動速度小滑動速度RVRV21)2()2(minmaxeRveRv)sin(22teVOT TT TZ ZF Fa aF Fy yF F 軸向力軸向力: :橫向力橫向力: :慣性力慣性力: :負(fù)載扭矩負(fù)載扭矩: :傾倒力矩傾倒力矩: :摩擦扭矩摩擦扭矩: :PRtFy4PeRtT216P

13、RtTZ224PFaRe16PRtefTf2242256642222221e 4teRF 2、螺桿泵動力學(xué)特征、螺桿泵動力學(xué)特征 2、螺桿泵動力學(xué)特征、螺桿泵動力學(xué)特征 GLB120-27GLB500-14GLB800-14 2、螺桿泵動力學(xué)特征、螺桿泵動力學(xué)特征 GLB120-27GLB500-14GLB800-141、螺桿泵系統(tǒng)的種類、螺桿泵系統(tǒng)的種類地面驅(qū)動單螺桿泵系統(tǒng) 潛油電機驅(qū)動單螺桿泵系統(tǒng) 5 5個優(yōu)點個優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單 維護方便維護方便 節(jié)能效果節(jié)能效果明明 顯顯 一次性一次性投資少投資少 適應(yīng)性強適應(yīng)性強 以能有效降低成本提高效益諸如離心泵、潛污泵、水力活塞泵等機采方式無法

14、比擬的優(yōu)點而倍受國內(nèi)外行業(yè)重視，并有望成為未來特殊介質(zhì)主要傳輸方式之一。2 、 螺 桿 泵 系 統(tǒng) 的 組 成、 螺 桿 泵 系 統(tǒng) 的 組 成 （1 1）電控部分）電控部分 電控箱是螺桿泵的控制部分，控制電機的啟、停。該裝置能自動顯示、記錄螺桿泵井正常生產(chǎn)時的電流、電壓等，有過載、欠載自動保護功能，確保生產(chǎn)井正常生產(chǎn)。（2 2）驅(qū)動部分）驅(qū)動部分驅(qū)動裝置是螺桿泵的主要設(shè)備，是把動力傳遞給泵轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子實現(xiàn)行星運動，實現(xiàn)輸送的機械裝置。從傳動形式上分，有液壓傳動和機械傳動；從變速形式上分，有無級調(diào)速和有級調(diào)速。螺桿泵驅(qū)動裝置的螺桿泵驅(qū)動裝置的種類種類機械驅(qū)動裝置機械驅(qū)動裝置 液壓驅(qū)動裝置液壓驅(qū)

15、動裝置 2 、 螺 桿 泵 系 統(tǒng) 的 組 成、 螺 桿 泵 系 統(tǒng) 的 組 成 機械驅(qū)動裝置傳動部分是由電動機和減速器等組成，其優(yōu)點是設(shè)備簡單，價格低廉，容易管理并且節(jié)能，能實現(xiàn)有級調(diào)速且比較方便。其缺點是不能實現(xiàn)無級調(diào)速。 液壓驅(qū)動裝置是由原動機，液壓電機和液壓傳動部分組成。其優(yōu)點是可實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速啟動；轉(zhuǎn)速可任意調(diào)節(jié)；因設(shè)有液壓防反轉(zhuǎn)裝置，減緩了轉(zhuǎn)桿倒轉(zhuǎn)速度。其缺點是在寒冷季節(jié)部件和管線保溫工作較難，且價格相對較高，不容易管理。 （1 1）減速箱的主要作用是傳遞動力并實現(xiàn)一級減速。它將電機的動力由輸入軸通過齒輪傳遞到輸出軸，輸出軸聯(lián)接光桿，由光桿通過抽油桿將動力傳遞到螺桿泵轉(zhuǎn)子。減速箱除了具

16、有傳遞動力的作用外，還將轉(zhuǎn)桿的軸向負(fù)荷傳遞到介質(zhì)上。 （2 2）電機是螺桿泵的動力源，它將電能轉(zhuǎn)化為機械能。一般用防爆型三相異步電機。 （3 3）密封的作用是防止流體流出，起密封的目的。 （4 4）方卡的作用是將減速箱輸出軸與光桿聯(lián)接起來。螺桿泵驅(qū)動裝置螺桿泵驅(qū)動裝置p,MPa 螺桿泵工作特性曲線 q,m3/d; v,%.T,N.m;P,kW1、排量特性、排量特性密封腔室產(chǎn)生、運移和消失規(guī)律密封腔室產(chǎn)生、運移和消失規(guī)律 一個封閉腔室的產(chǎn)生和消失不總是同時發(fā)生一個封閉腔室的產(chǎn)生和消失不總是同時發(fā)生; ; 封閉腔室的數(shù)量不總是固定的封閉腔室的數(shù)量不總是固定的; ; 線嚙合線密封能力是點嚙合線密封能

17、力的線嚙合線密封能力是點嚙合線密封能力的2 2倍。倍。223201、排量特性、排量特性密封腔室的漏失特性密封腔室的漏失特性 定、轉(zhuǎn)子嚙合點無間隙，即定、轉(zhuǎn)子嚙合點無間隙，即=0=0時，漏失量為零，封閉腔室完全時，漏失量為零，封閉腔室完全密封；密封； 因工作壓力，故增加泵級數(shù)會降低每個密封腔室的密封壓力，從而因工作壓力，故增加泵級數(shù)會降低每個密封腔室的密封壓力，從而減少漏失；減少漏失； 因嚙合線處的間隙因嚙合線處的間隙是由工作壓力是由工作壓力PP產(chǎn)生的，所以增加定、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的，所以增加定、轉(zhuǎn)子間的過盈會有效減少間隙，從而達到減小漏失的作用；間的過盈會有效減少間隙，從而達到減小漏失的作用； 提高工

18、作轉(zhuǎn)速提高工作轉(zhuǎn)速n n會有效補償漏失，這就是螺桿泵的離心泵特性。會有效補償漏失，這就是螺桿泵的離心泵特性。nTDPlDqim5 . 0222214112漏漏 失失 量量22828125 . 0225 . 02222nTDeTDePlTqim1、排量特性、排量特性1、排量特性、排量特性2 2、負(fù)載特性、負(fù)載特性桿柱軸向力特性桿柱軸向力特性螺桿泵在正常工作時螺桿泵在正常工作時, , 軸向力為軸向力為: :frgztFFFFFFz-轉(zhuǎn)子在液壓力作用下的軸向載荷，N ，由上式計算；Fg-桿柱自重引起的軸向載荷，N；Fr-桿管環(huán)空液壓力引起的軸向力載荷， N；Ff-桿液摩擦引起的軸向載荷， N。A A

19、式中：式中：i-第i段流體平均粘度，Pa.s；vi- 第i段流體平均流速 ，m/s；Di- 第i段油管內(nèi)徑 ，m；di-第i段抽油桿直徑，m。式中式中Gi第i段桿柱的單位重力， N/m；li-第i段桿柱的長度 ，m；L抽油桿柱的長度，m。 gFLliiilG0)(4)(22inoutrppdDF式中式中D- 轉(zhuǎn)子載面直徑，m；d- 最下一級抽油桿直徑，m。iiiL0liflve2Fi) 1(ln) 1(1222mmmmeiiidDm 2 2、負(fù)載特性、負(fù)載特性outp桿柱負(fù)載扭矩特性桿柱負(fù)載扭矩特性舉升井筒流體的扭矩舉升井筒流體的扭矩: :0.330.63Km310)inpout(p28eDt

20、yT式中式中: :Ty -流體的扭矩， N.m； -泵出口壓力，MPa； -泵入口壓力，MPa。outpnip桿液的摩擦扭矩桿液的摩擦扭矩T Tf f: :222220)(60iiiiiiLlifdDdnDlT式中式中:Tf-桿液的摩擦扭矩 ， N.m；n- 轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速，r/min。B B2 2、負(fù)載特性、負(fù)載特性負(fù)載負(fù)載特性的主要特點特性的主要特點泵轉(zhuǎn)子扭矩曲線泵轉(zhuǎn)子扭矩曲線 螺桿泵轉(zhuǎn)子扭矩與工作壓力有很好的直線性，且摩擦扭矩在螺桿泵轉(zhuǎn)子扭矩與工作壓力有很好的直線性，且摩擦扭矩在舉升具有潤滑性的液體時，只占轉(zhuǎn)子負(fù)載扭矩的較小一部分。舉升具有潤滑性的液體時，只占轉(zhuǎn)子負(fù)載扭矩的較小一部分。3、 能耗能耗特性特性 螺桿泵的能耗主要消耗在輸送流體的驅(qū)動桿柱的能耗和驅(qū)動螺桿泵的能耗主要消耗在輸送流體的驅(qū)動桿柱的能耗和驅(qū)動系統(tǒng)的傳動能耗。輸送系統(tǒng)的能耗一般可用傳動效率來表征。螺系統(tǒng)的傳動能耗。輸送系統(tǒng)的能耗一般可用傳動效率來