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      單螺桿泵的分析及工藝探討

      2009年09月09日 10:42:02人氣:907來源:浙江永球泵閥科技有限公司

      浙江永球泵閥科技有限公司

          1  型線種類
          1.1  常規(guī)型線(1/2型面橫截面型線如圖l例所示,簡(jiǎn)稱A型,是zui古老的型線,由法國(guó)工程師Myan0首先提出。轉(zhuǎn)子截形為圓。其直徑D=2 a,偏心距e,節(jié)距t,單頭。定子截形是兩半徑為a,圓心相距4e的長(zhǎng)圓。其參數(shù):節(jié)距T=2t,雙頭。轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)軌跡是轉(zhuǎn)子截面重心以e為半徑在2 e為半徑的圓內(nèi)滾動(dòng)r即所謂卡丹諾圓問鄹的行星運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子頭數(shù)
      與定子頭數(shù)之比為12。
        1.2新型線(2/3型面)
        橫截面如圖l(b)(c)所示,簡(jiǎn)稱B型、C型,是近幾年國(guó)內(nèi)外提出的新型線。
          B型轉(zhuǎn)子截形為半徑a,圓心相距4 e的長(zhǎng)圓,其直徑D=2 a,偏心距e,節(jié)距t,雙頭。C型轉(zhuǎn)子截形是類橢圓,其直徑D=2a,偏心距e,zui大半徑b=a+2e,節(jié)距t,雙頭。  
          定子截形的形成如圖I(d)圳所示。如前述卡丹諾圓運(yùn)動(dòng),滾動(dòng)半徑為1.5 e,以e為半徑的圓上一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡謂之骨線(圖2的三棱狀內(nèi)擺線K)。轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí),其對(duì)稱軸線4 9問線段與骨線共軛,運(yùn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子外廓的展成線即為定子型線。雖運(yùn)動(dòng)軌跡相同,由于轉(zhuǎn)子截形不同,所展成的定子型線差異甚大,B型為三瓣花形C型為類三角形。其節(jié)距丁=1.5 t,三頭。轉(zhuǎn)子頭數(shù)與定子頭數(shù)之比為23。 
            

          2各型面優(yōu)缺點(diǎn)
          (1) A型    
          優(yōu)點(diǎn):轉(zhuǎn)子和定子型線簡(jiǎn)單,生產(chǎn)歷史長(zhǎng),加工經(jīng)驗(yàn)豐富,有、經(jīng)濟(jì)的工藝方法。如轉(zhuǎn)子采用連續(xù)沖壓工藝制造空心螺桿廠(圖3),不僅、省材,而且可提高泵的效率和壽命。通常,定  子多采用模具加工的橡膠制品。然而在高壓情況,因橡膠受壓變形,使介質(zhì)回流,泵效率急劇下降,有的高壓泵效率僅l.0%左右。解決此問題,剛性套是一個(gè)有效途徑。因A型定子型線簡(jiǎn)單,使其剛性套的制造較容易(圖3)

      3  型線方程  
          A B型轉(zhuǎn)子型線方程相同i C型轉(zhuǎn)子型線方程為類橢圓。
          新型線定予方程與骨線相關(guān)。圖2中,滾圓上的A1點(diǎn),當(dāng)圓心轉(zhuǎn)過由角時(shí)運(yùn)動(dòng)至赴點(diǎn),其骨線方程為式(I)。B型定子廓形是以a為半徑的骨線等距線(侶線)與以a為半徑的圓弧組成。侶線方程為式(2)。純圓弧段是圓心不在原點(diǎn)的圓方程為式(3)。X0和Y0為骨線尖點(diǎn)坐標(biāo)。C型定子型線方程與B型類似,故略。
          缺點(diǎn):由于轉(zhuǎn)子和定子接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)并非純滾動(dòng),尤其在定子兩直線段滑動(dòng)速率較大,易磨損。
          2:2/3型   
          同參數(shù)情況下,2/3型較A型流量大,因而同流量時(shí)體積較小。例如..e=0.2cm,D亍1.75cm,理論流量Q(m/r):
          A型:Q=1.36 T
          B型 Q=1.612T
          C型 Q=1.6041T
          同參數(shù)情況下,B型理論流量較A型大2πe2值,C型流量略小于B型。
          轉(zhuǎn)子是雙頭,因而其重心偏移率是A型的一半。從而可允許較高的轉(zhuǎn)速,且噪聲較小。每轉(zhuǎn)的腔室由2x3代替1x2,使泵脈動(dòng)降低較多。腔室的增加也使滑動(dòng)速率較大的區(qū)問瞬時(shí)速度比A型低,由此可減少磨損,提高壽命。此外,新型面密封性強(qiáng),可提高容積效率。
          在新型線中,由于B型定子型線是由非連續(xù)方程曲線展成,廓形存在6個(gè)硬過渡點(diǎn)(,骨線侶線與尖點(diǎn)圓弧過度處),顯然對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)壽命有所影響。然而C型定子廓形是由連續(xù)方程曲線展成,故無此現(xiàn)象。
          綜合分析,目前我國(guó)宜推廣C型泵。據(jù)悉,C型在一些國(guó)家已商品化,如德國(guó)阿爾維勒AG公司推出的AED系列等泵。
              4 CAD型線設(shè)計(jì)實(shí)例
          本文用類似三螺桿泵型線改進(jìn)所用的軌跡法進(jìn)行編程。該方法簡(jiǎn)單可靠,無需建立包絡(luò)方程,該程序已用于雙、三螺桿泵的型線設(shè)計(jì)。
          程序?yàn)槟K化設(shè)計(jì),將其以程序包納入刀具設(shè)計(jì)軟件后,不僅可計(jì)算單螺桿泵轉(zhuǎn)子、定子的端、軸、法截面,還可計(jì)算轉(zhuǎn)子、定子模芯的成形車、銑、滾、磨等刀具型線以及該刀具的鏟磨砂輪工藝參數(shù)。程序還具有各類橡膠模芯收縮量的補(bǔ)償功能,為單螺桿泵新舊型線的研究和生產(chǎn)提供了方便。
      5  工藝探討.
          A型轉(zhuǎn)子工藝較成熟,可采用成形車、靠模車、旋風(fēng)銑、連續(xù)沖壓等方法。連續(xù)沖壓成型目前是A型轉(zhuǎn)子*生產(chǎn)方式之一。
          國(guó)外采用多軸腔機(jī)床加工2/3型轉(zhuǎn)子,成本較高。國(guó)內(nèi)已有單位引進(jìn)其加工機(jī)床,如WEIN-GARTNER公司的VARID型五軸數(shù)控銑床,可加工很多種類螺桿的精密型面以及單螺桿泵的轉(zhuǎn)子、模芯和剛性套。但單螺桿泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)廠多為硬轉(zhuǎn)子、軟定動(dòng)是屬于型面復(fù)雜并非精密(相對(duì)雙、三螺桿泵而言)的產(chǎn)品,因此如僅將其作為加工單螺桿泵的機(jī)床,則顯然功能過剩。況且該型中等規(guī)格設(shè)備,價(jià)位約1000萬元,也是值得考慮的問題。據(jù)作者經(jīng)驗(yàn)分析,樣機(jī)或小批生產(chǎn)用帶靠模裝置的普通機(jī)床即能完成,若大批生產(chǎn),在現(xiàn)有A型轉(zhuǎn)子加工機(jī)床上安裝仿型銑頭,作者已完成結(jié)構(gòu)設(shè)訓(xùn)即可勝任。
          A型橡膠定子模芯加工可采用車、銑、磨等多種方法,各廠對(duì)此已有豐富經(jīng)驗(yàn)。新型線模芯的工藝方法與A型類同。關(guān)鍵是要有正確的型線坐標(biāo)信線性或非線性收縮的補(bǔ)償匐。A型剛性套的加工用普通機(jī)床即可,2/3型剛性套加工則需極昂貴的設(shè)備。

          表l為CAD計(jì)算實(shí)例。其計(jì)算參數(shù)為e=20、D=1 70。實(shí)用時(shí),點(diǎn)的密度可任意設(shè)定。型線坐標(biāo)值,轉(zhuǎn)子為l/4型線段;定子為1/6型線段。使用時(shí)將其對(duì)稱排列即全廓形。表中第3點(diǎn)是B型線的硬過渡點(diǎn).

       
        
      坐標(biāo)點(diǎn)
      B定子
      C定子
        C轉(zhuǎn)子
      X
       y
      X
      Y
       X
         y
          1
          2
          3
          4
          5
          6
          7
          8
          9
          10
          11
           52.500
           60.000
           66.876
           75.000
           85.000        95.000
          105.000
          115.000
          125.000
          135.000
          145.000    
          90.933
          87.157
          84.721
          83.666 
          81.240
          77.460
          72.111
          64.807
          54.772
          40.000
           0.000
          52.500
          60.000
          66.876
          75.000
          85.000
          95.000
          105.000
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          68.002
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          34.469
           0.000   
          85.000
          84.574
          83.283
          81.085
          77.904
          73.612
          68.000
          60.702
          51.000
          37.050
          0.000  
            0.000
          12.500
          25.000
          37.500
          50.000
          62.500
          75.000
          87.500
          100.000
          112.500
          125.000

       (1)例根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn),幾乎原生產(chǎn)1/2型單螺桿泵的企業(yè)轉(zhuǎn)型生產(chǎn)2/3型產(chǎn)品,工藝上不存在太大困難。
      (2)本文CAD軟件能滿足不同條件的企業(yè)對(duì)2/3型單螺桿泵產(chǎn)品開發(fā)的要求。
      (3)雙頭單螺桿泵性能*,在原單頭單螺桿泵基礎(chǔ)上改型簡(jiǎn)便。    
        在牛頓流體、非牛頓流體和氣一液兩相流體輸送中,螺桿泵有其*的優(yōu)勢(shì)。而應(yīng)用zui廣泛的單、雙和三螺桿泵的結(jié)構(gòu)、工作原理截然不同。從經(jīng)濟(jì)適用角度考慮,此三類螺桿泵都有其它泵不能取代的應(yīng)用領(lǐng)域。單螺桿泵由于型線簡(jiǎn)單、型面精度要求不高,可采用無屑加工的工藝,所以價(jià)格低,在其結(jié)構(gòu)及適應(yīng)性等方面也有諸多優(yōu)點(diǎn),在非潤(rùn)滑介質(zhì)、含固體介質(zhì)和腐蝕性介質(zhì)的輸送方面獨(dú)樹一幟。    目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)單螺桿泵的企業(yè)遠(yuǎn)多于生產(chǎn)雙、三螺桿泵企業(yè)。單螺桿泵中單頭單螺桿泵(即1/2型面)占絕大多數(shù),而上已逐步推廣*的雙頭單螺桿泵(即2/3型面)。本文分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)并探討其工藝途徑和橫截面型線(各公式推導(dǎo)過程從略),為新型線的推廣和應(yīng)用提供參考。
       
      胡英          
      關(guān)鍵詞:三螺桿泵單螺桿泵
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