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§1-2螺桿泵一、螺桿泵的結(jié)構(gòu)和工作原理分類(按轉(zhuǎn)子螺桿數(shù)分):?jiǎn)温輻U泵、雙螺桿泵、三螺桿泵基本工作原理:利用螺桿回轉(zhuǎn)時(shí)能使齒間液體產(chǎn)生軸向位移的特點(diǎn)來工作的.(普通螺桿副工作原理)
1.三螺桿泵的結(jié)構(gòu)和工作原理
(由三根螺桿組成轉(zhuǎn)子的螺桿泵,屬于密封型螺桿泵)結(jié)構(gòu):
(1)一個(gè)雙頭螺紋的主動(dòng)螺桿(凸螺紋,左旋);
(2)兩個(gè)雙頭螺紋,對(duì)稱配置的從動(dòng)螺桿(凹螺紋,右旋);(3)泵殼襯套。
(4)螺桿螺旋面的形成線為擺線,保證相嚙合螺旋面沒有相對(duì)滑動(dòng)。(圖示)
實(shí)物圖示
三螺桿泵工作原理
螺桿的嚙合線把主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿的螺旋槽分割成若干密封容積,主從螺桿嚙合轉(zhuǎn)動(dòng),嚙合線移動(dòng),密封容積沿軸向移動(dòng),螺桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),密封容積移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程的距離。吸油腔逐漸增大,完成吸油過程,壓油腔逐漸縮小,完成排油過程。
圖示和附圖及三螺桿泵的嚙合線
螺桿有效工作長(zhǎng)度超過一個(gè)螺距以上時(shí),才能使吸、排空間得到完全密封;螺桿有效工作長(zhǎng)度加長(zhǎng)時(shí),排出壓力可以提高。為防止三螺桿泵壓力過高,需要設(shè)置安全閥(見結(jié)構(gòu)圖)三螺桿泵受力分析:1)軸向力三螺桿泵軸向力的產(chǎn)生原因:
①由于吸排壓力差的存在,螺桿承受一個(gè)指向吸入端的軸向力;
②螺旋面產(chǎn)生的軸向力,凸螺桿指向吸入端,凹螺桿指向排出端;結(jié)論:凸螺桿泵所受的軸向力大于凹螺桿泵的軸向力。三螺桿泵軸向力的平衡方法:1)采用止推軸承(小型低壓?jiǎn)蝹?cè)吸入式螺桿泵適用);2)雙側(cè)吸入法(每根螺桿分為長(zhǎng)度相等,旋向相反的兩部分,兩端吸入,中部排出);圖示3)液壓平衡法(平衡活塞、平衡軸套、推力墊圈),適用于工作壓力較高的單側(cè)吸入式,能使軸向力完全平衡。圖示2)螺桿上的轉(zhuǎn)矩:在開始排油后,凹槽中的油液除能產(chǎn)生指向排出端的軸向推力外,還能產(chǎn)生一個(gè)不大的,正好可克服凹螺桿摩擦力矩的轉(zhuǎn)矩,這樣,凹螺桿在工作時(shí)基本上不用靠凸螺桿傳遞機(jī)械轉(zhuǎn)矩。也就是,從動(dòng)螺桿由螺旋槽內(nèi)液體壓力推動(dòng)旋轉(zhuǎn),正常工作時(shí),主、從螺桿之間并不傳遞扭矩,使磨損較輕。
說明:
空轉(zhuǎn)時(shí)嚙合產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,軸向分力凸螺桿指向吸入端,凹螺桿指向排出端,但力不大。3)徑向力:
圖示(1)主螺桿上所受的徑向力完全平衡:(2)凹螺桿上徑向不平衡力,但比壓不大,磨損較輕,不會(huì)引起螺桿變形。2.雙螺桿泵
雙螺桿泵有密封型和非密封型雙螺桿泵分類:
按動(dòng)力傳遞方式分:齒輪傳動(dòng)、非齒輪傳動(dòng);非齒輪傳動(dòng):一般屬于密封型,主動(dòng)螺桿靠齒形(圓盤)摩擦來驅(qū)動(dòng)從動(dòng)螺桿,一般流量較小,適用于輸送低壓且粘度較大的液體。齒輪傳動(dòng):一般非密封型屬于主動(dòng)螺桿靠同步齒輪帶動(dòng)從動(dòng)螺桿。圖1
圖2按支撐軸承結(jié)構(gòu)分:內(nèi)軸承式、外軸承式。內(nèi)軸承式:只需傳動(dòng)軸處一個(gè)軸封,僅適用于輸送有自潤(rùn)滑性的液體。外軸承式:
需設(shè)四個(gè)軸封,同步齒輪和軸承需要獨(dú)立的潤(rùn)滑。雙螺桿泵軸向力平衡:采用結(jié)構(gòu)對(duì)稱法。雙螺桿泵適用場(chǎng)合:僅適用于工作壓力不高的場(chǎng)合。3.單螺桿泵
圖示單螺桿泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn):
螺桿
—單頭螺紋,材料為金屬,螺桿頂部與底部截面間的中心距為2e;
泵缸(螺套)—內(nèi)表面為雙頭螺紋,材料可以是金屬或非金屬(橡膠);工作螺桿的中心線與泵缸中心線不一致,偏離一個(gè)e,故需用萬向軸聯(lián)接驅(qū)動(dòng)。
圖示單螺桿泵基本工作原理:螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合時(shí),形成各自的密封段并軸向移動(dòng),與吸口相通的密封段容積不斷增大而吸入液體,然后與吸口隔離,而與排出口相通,容積不斷減小而排出液體。單螺桿泵適用場(chǎng)合:常作為油污水輸送泵二、螺桿泵的特點(diǎn)(見P37)三、螺桿泵的管理要點(diǎn):
1.能自吸,但需充液?jiǎn)?dòng),避免干轉(zhuǎn)磨損。
2.保持吸口濾器干凈。
3.螺桿泵不允許反轉(zhuǎn)。(否則,吸排方向改變,軸向推力平衡裝置喪失作用,使泵嚴(yán)重?fù)p壞)
4.啟動(dòng)時(shí),全開吸排截止閥,停用時(shí),應(yīng)在泵完全停轉(zhuǎn)后,再關(guān)吸排截止閥。泵出口旁通安全閥的操作使用,用于卸載啟動(dòng)、換備用泵和并聯(lián)使用。注意:旁通時(shí)間不能太長(zhǎng),以及安全閥失靈等問題。
5.備用螺桿的存放應(yīng)懸吊固定,檢修時(shí)應(yīng)注意防止彎曲變形(吸排管路固定、拆裝起吊、聯(lián)軸節(jié)對(duì)中)。
6.運(yùn)行中防止吸入真空過大,產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象和噪聲。四、螺桿泵的修理、試驗(yàn)及驗(yàn)收螺桿泵的修理:
螺桿有裂紋、變形以及其它缺陷而無法修復(fù)時(shí),予以換新;螺桿嚙合側(cè)隙磨損過度,而使泵的性能不能滿足系統(tǒng)或裝置正常工作要求時(shí)應(yīng)換新。螺桿泵的試驗(yàn)、驗(yàn)收:
①修復(fù)后,至少做一小時(shí)的效能運(yùn)行試驗(yàn),對(duì)特殊要求的泵,應(yīng)按有關(guān)技術(shù)文件執(zhí)行。②泵的滾動(dòng)軸承工作溫度不得超過70℃,滑動(dòng)軸承工作溫度不得超過65℃。③機(jī)械密封只允許有輕微的滲漏。結(jié)構(gòu)④修復(fù)后,泵的性能應(yīng)能滿足系統(tǒng)、裝置正常工作的要求?!?-3葉片泵一、單作用葉片泵1.結(jié)構(gòu)組成:主要由轉(zhuǎn)子、在轉(zhuǎn)子軸向槽中滑動(dòng)的若干葉片、定子和兩側(cè)板(配流盤上開有吸排窗口)組成。
2.裝配關(guān)系:內(nèi)表面呈圓形輪廓的定子和轉(zhuǎn)子偏心安裝,當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)滑出、滑進(jìn),保持和定子緊密接觸。各葉片間與定子、側(cè)板圍成密封空間。圖示3.單作用葉片泵工作原理:當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí),定子、轉(zhuǎn)于、葉片和端蓋間就形成苦干個(gè)密封的工作空間。葉片逐漸伸出使葉片間的工作空間逐漸增大,通過開在兩端側(cè)板(配流盤)上的吸油窗口從吸油口吸入油液;葉片被定子內(nèi)壁逐漸壓進(jìn)槽內(nèi),工作空間逐漸縮小,經(jīng)配流盤上的排油窗口將工作油液從壓油口壓出。吸油腔和壓油腔之間,有一段封油區(qū),把吸油腔和壓油腔隔開。轉(zhuǎn)子每一轉(zhuǎn)中進(jìn)行一次吸排油,稱為單作用泵,這種油泵一般不宜用在高壓。4.單作用葉片泵的變量:
流量與偏心距的大小有關(guān),吸排方向與偏心距的方向有關(guān)。改變偏心距的大小和方向,即可改變泵的流量和吸排方向。變量泵的結(jié)構(gòu)——轉(zhuǎn)子的中心是固定的,定子是浮動(dòng)的,可以左右移動(dòng)。圖示5.單作用葉片泵的徑向力:由于吸排油區(qū)的液力不平衡,會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的徑向力,使軸承上承受較大的載荷,所以也稱為非卸荷式油泵。6.單作用葉片泵的葉片安裝傾角:葉片與轉(zhuǎn)子本體的徑向交角為傾斜角,為后傾角,一般為20~30°。后傾角的目的是為了使葉片易于甩出,以保證葉片頂端始終貼著定子內(nèi)壁。圖示7.單作用葉片泵的葉片數(shù):一般為奇數(shù)。8.單作用葉片泵的困油現(xiàn)象:由于葉片的夾角小于吸排密封區(qū),從而形成了封閉區(qū)(困油區(qū))。解決方法——在配流盤吸排窗口端部開三角槽來消除。二、雙作用葉片泵
(見下圖)1.結(jié)構(gòu)組成及性能特點(diǎn):將定子內(nèi)表面輪廓做成略似橢圓形和轉(zhuǎn)子同心安裝,可使泵每轉(zhuǎn)產(chǎn)生兩次吸排,該泵稱為雙作用泵。葉片泵壓力脈動(dòng)小,因磨損而產(chǎn)生的工作壓力下降較小,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音較小,結(jié)構(gòu)緊湊,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。但吸入條件較差,運(yùn)動(dòng)部件的工作可靠性較低。2.
雙作用葉片泵的徑向力和葉片數(shù):由于吸排區(qū)對(duì)稱分布,轉(zhuǎn)子上徑向作用力平衡,軸承負(fù)載小。葉片數(shù)為偶數(shù),一般8~12片,其目的是為了平衡徑向力(考慮到密封條件,葉片的數(shù)量不準(zhǔn)少于6個(gè))。這種泵也稱卸荷式泵,適用高壓場(chǎng)合,一般是定量泵。3.雙作用葉片泵的困油現(xiàn)象:當(dāng)相鄰兩葉片同時(shí)位于吸排口之間時(shí),正好將吸排口隔開,這時(shí)就形成封油區(qū),就可能出現(xiàn)困油問題。(旋轉(zhuǎn)時(shí)兩葉片間容積不變,雖不會(huì)發(fā)生困油,但從吸過渡到排,會(huì)產(chǎn)生壓力沖擊;葉片包角太小,產(chǎn)生困油,包角太大,吸排窗口溝通,工作失常。)4.雙作用葉片泵的困油現(xiàn)象解決方法:
配流盤的壓油窗口的一端開三角卸荷槽(消除困油;減少過渡的壓力沖擊、脈動(dòng)、噪聲)。見圖5.雙作用葉片泵的葉片傾角:前傾10~14°。前傾角的目的是為了減小切向力,減少偏磨,減輕磨損,使運(yùn)動(dòng)靈活,防止葉片卡死。前傾安裝的葉片泵不能反向轉(zhuǎn)動(dòng)。見圖三、總結(jié)單、雙葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.定子內(nèi)腔型線:?jiǎn)巫饔玫氖菆A型;雙作用的是四段圓弧和四段過渡曲線。2.轉(zhuǎn)子:
都是圓型,有葉片槽。3.葉片:
單作用葉片數(shù)為奇數(shù),葉片的底部在排出時(shí)通排出腔,在吸入時(shí)通吸入腔,通排出腔的時(shí)間較長(zhǎng),但有的泵的葉片底部全部通排出腔;
雙作用葉片數(shù)為偶數(shù)不能少于8片,通常是12片,葉片的底部一般都通排出腔。4.配油盤①單作用變量葉片泵的配油盤:配油窗口對(duì)泵的中心線是不對(duì)稱的,還開有兩油槽分別與轉(zhuǎn)子上葉片槽底部相接通。在壓油腔葉片底部是通壓力油和壓油口相通,在吸油腔葉片底部是通低壓油和吸油口相通,葉片的頂部和底部受力基本上是平衡,這就避免了吸油區(qū)定子內(nèi)表面嚴(yán)重磨損的問題。見P39圖18②雙作用葉片泵的配油盤:
配油盤吸入口流速一般為4~5m/s,最高不超過6m/s,防止流動(dòng)阻力大而出生氣穴現(xiàn);配油盤上開盲孔是為了平衡軸向力;配油盤上排出窗口開三角形節(jié)流是為了防止液壓沖擊和噪聲。定子圓弧段的圓心角α≥配油盤上密封區(qū)圓心角β(以防止發(fā)生困油現(xiàn)象);油盤上密封區(qū)圓心角β≥兩葉片之間的圓心角γ(以防止發(fā)生吸排油腔相通發(fā)生泄漏)。
即α≥β≥γ5.葉片的傾角和倒角單作用葉片泵:后傾角后倒角。后傾角一般為20~30°。見下圖雙作用葉片泵:前傾角后倒角。前傾角一般為10~14°。6.葉片泵的流量計(jì)算雙作用泵:
Qt=2Bn(R-r)[π(R+r)-δz
/cosθ]×10-6
L/minB—葉片寬度δ—葉片厚度z—葉片數(shù)θ—葉片傾斜角單作用泵:
Qt=4πReBn×10-6
L/min
R—定子半徑e—偏心距7.高壓葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高壓葉片泵易磨損的原因:
通常在葉片底部通以壓力油或使用彈簧來保證葉片與定子內(nèi)表面的緊密接觸,這就導(dǎo)致磨損。并且泵的壓力越高,葉片頂?shù)迷骄o,磨損也就越厲害。磨損導(dǎo)致泄漏,容積效率低下,很難建立高壓。減少磨損辦法:
1.選用適當(dāng)?shù)牟牧希?.保證油液清潔;3.結(jié)構(gòu)上采取措施。結(jié)構(gòu)上采取措施的具體方法:
1.減小葉片上下不平衡力的大小(葉片厚度、葉片底部油液壓力和承受壓力油作用的寬度、階梯式葉片);2.使葉片上下油壓作用力平衡(采用雙葉片、帶彈簧式葉片、葉片上下通以壓力相等的油液)。
見下面7張圖四、單、雙葉片泵的特點(diǎn)1.流量較均勻,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),噪聲較低。2.雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子所受徑向力是平衡的,軸承壽命長(zhǎng);它的內(nèi)部密封性也較好,容積效率較高;因此,一般額定排出壓力較高,可達(dá)7MPa左右。3.結(jié)構(gòu)緊湊,尺寸較小而流量較大。4.對(duì)工作條件要求較嚴(yán)。葉片抗沖擊較差,較容易卡住,對(duì)油液的清潔程度和粘度都比較敏感。端面間隙或葉槽間隙
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