双端迷宫螺旋泵技术介绍

1、1双端迷宫螺旋泵技术介绍双端迷宫螺旋泵技术介绍黎镜中 北京化工大学北京化工大学 机电工程学院机电工程学院 2一、前言一、前言 迷宫螺旋泵的研究开始于二十世纪六十年代初，至今迷宫螺旋泵的研究开始于二十世纪六十年代初，至今公开发表的有关迷宫螺旋泵的文献极为有限。公开发表的有关迷宫螺旋泵的文献极为有限。 在国外仅有前苏联发表过很少的资料及进行过相关产品在国外仅有前苏联发表过很少的资料及进行过相关产品的开发。的开发。 在国内我院是唯一得到国家自然科学基金资助及中国石在国内我院是唯一得到国家自然科学基金资助及中国石油化工集团公司科研立项研制迷宫螺旋泵的单位。油化工集团公司科研立项研制迷宫螺旋泵的单位。

2、在国内我院是唯一将迷宫螺旋泵产品应用在现场的单位。在国内我院是唯一将迷宫螺旋泵产品应用在现场的单位。 在国内我院是唯一发表过有关迷宫螺旋泵文章的单位。在国内我院是唯一发表过有关迷宫螺旋泵文章的单位。3 目前高扬程小流量泵仍然是国内外泵业攻关课题。美国目前高扬程小流量泵仍然是国内外泵业攻关课题。美国在该领域内取得突破性的成果，例如开发出高速泵、旋喷泵在该领域内取得突破性的成果，例如开发出高速泵、旋喷泵等。等。 现国内高扬程小流量泵多是柱塞泵和多级离心泵等。现国内高扬程小流量泵多是柱塞泵和多级离心泵等。 我院研制迷宫螺旋泵是在研究迷宫螺旋密封的基础上进我院研制迷宫螺旋泵是在研究迷宫螺旋密封的基础上

3、进行的。行的。 朱毅征教授为研制迷宫螺旋泵作出突出贡献。朱毅征教授为研制迷宫螺旋泵作出突出贡献。 4 我院研制新型双端迷宫螺旋泵的主要内容：我院研制新型双端迷宫螺旋泵的主要内容：1、泵转子与定子螺纹齿型的优化组合、泵转子与定子螺纹齿型的优化组合2、泵整体结构优化设计、泵整体结构优化设计3、泵转子与定子的齿形、螺纹头数、螺纹升角、径、泵转子与定子的齿形、螺纹头数、螺纹升角、径向间隙等参数对泵性能的影响向间隙等参数对泵性能的影响4、泵转子与定子的加工方法。、泵转子与定子的加工方法。5目前成果目前成果现已研制出参数为：现已研制出参数为：H=5500m，Q=0.056 l/s的卧式、立式等多种的卧式、

4、立式等多种样机。样机。我院研究的新型双端迷宫螺旋泵是一种新型泵，为我国高扬我院研究的新型双端迷宫螺旋泵是一种新型泵，为我国高扬程、小流量的泵又增加一个新产品。程、小流量的泵又增加一个新产品。6双端迷宫螺旋泵是针对单端迷宫螺双端迷宫螺旋泵是针对单端迷宫螺旋泵而言旋泵而言双端迷宫螺旋泵的突出表现优势双端迷宫螺旋泵的突出表现优势 7 我院研制的新型双端迷宫螺旋泵（见图），参数H=100m、Q=1 m3/h、比转数5.59是高扬程小流量泵。 新型双端迷宫螺旋泵优化设计示意图8双端迷宫螺旋泵原设计示意图双端迷宫螺旋泵原设计示意图91、工作原理、工作原理 ： 迷宫螺旋泵是由一对带有多头螺纹且旋向相反的转子

5、和定子组成 ，转子和定子之间留有间隙。 由转子和定子及转子和定子之间的间隙所形成的工作腔称为迷宫螺旋体 当电机带动转子旋转时，转子螺纹对其槽内介质产生两方面的作用：一方面携带介质克服摩擦阻力作圆周运动，另一方面推动介质沿轴向前进，从而获得泵扬程。介质从螺纹间隙中流出，因流道缝隙小，故泵流量小。 迷宫螺旋泵是利用迷宫螺旋体的特性而研制的一种新型高扬程小流量泵。 二、新型双端迷宫螺旋泵的研制过程二、新型双端迷宫螺旋泵的研制过程 10 迷宫螺旋泵扬程与流量的关系同螺杆旋涡泵，其公式为： 式中：K 扬程系数 V转子圆周速度 V =nD/60 Sc横截面通道面积 Z螺纹头数 L转子螺旋体长度 D转子直径

6、 螺纹与轴线间夹角2)tg2(cTSQVDZLgKH 迷宫螺旋体的流道是曲折复杂的，介质通过类似蜂窝状的蜂窝体。蜂窝体的数量取决于迷宫螺旋体的长度,螺纹头数和导程。迷宫螺旋体的全部压力应由全部蜂窝体上的力形成。设在长为L的螺旋体上，则有m个蜂窝体: m=ZL/S S-导程 Z-螺纹头数2、 扬程计算扬程计算113、性能特点 （1）双端迷宫螺旋泵主要由转子和定子组成，泵整体结构极其简单（柱塞泵、多级离心泵相比）、维修方便。该泵只需一段迷宫螺旋体，转子不增速就可以达到较高的扬程。（2）双端迷宫螺旋泵流量小、扬程高，比转数低（Ns可达36），这是一般离心泵无法达到的。（3）双端迷宫螺旋泵有良好的自吸

7、性，改善了轴封的工作环境，泵密封性能好，甚至可达“零”泄漏。（4）双端迷宫螺旋泵比单端迷宫螺旋的流量、扬程曲线更平稳，该泵流量没有脉动现象，尤其适用于精密生产工艺过程中介质输送，以及对流量有严格要求的实验场合等。（5）该泵转子经过严格的动平衡实验，是一个高度均匀的旋转体，且无其它运动部件，因此运转稳定、噪音小。（6）预计该泵可以实现气、液混合输送（尚处于研究阶段）。 124、螺纹参数选取、螺纹参数选取 迷宫螺旋泵的做功元件（转子和定子）的螺纹形状、几何尺寸等直接影响泵的流量、扬程、效率性能参数，因此这些参数的选取至关重要。经过大量实验数据的统计分析，我们取得经验如下： bG bL ct螺纹形状

8、有梯形、半圆形和三角形等基本形式。在转速和主要几何尺寸螺纹形状有梯形、半圆形和三角形等基本形式。在转速和主要几何尺寸相同的情况下，这三种螺纹形状对流量、扬程的影响依次是相同的情况下，这三种螺纹形状对流量、扬程的影响依次是 : 对流量对流量Q的影响：半圆形的影响：半圆形 梯形梯形 三角形三角形 对扬程对扬程H的影响：三角形的影响：三角形 梯形梯形 半圆形半圆形13( 1 )( 1 )螺旋升角螺旋升角 ( 2 ) ( 2 ) 螺纹槽深螺纹槽深t t ( 3 ) ( 3 ) 泵转子和定子之间的间隙泵转子和定子之间的间隙c c ( 4 ) ( 4 )螺纹槽宽螺纹槽宽b bG G与螺纹棱宽与螺纹棱宽b

9、bL L ( 5 )( 5 )泵的变工况运行泵的变工况运行 5、其它参数对泵的影响、其它参数对泵的影响14 转子单一螺纹 转子复合螺纹 实验研究证明：迷宫螺旋泵选用三角形螺纹可获得高扬程，选用半圆形螺纹可获得大流量。我们综合考虑三角形和圆弧形两种螺纹的性能优势，将这两种螺纹优化组合，提高了泵的性能。 三、新型双端迷宫螺旋泵的创新简介三、新型双端迷宫螺旋泵的创新简介 将原泵转子单一螺纹设计为复合螺纹结构。将原泵转子单一螺纹设计为复合螺纹结构。创新创新1：15 迷宫螺旋泵的螺纹齿型有矩形、方形、梯形、半圆形和三角形等基本形式。 迷宫螺旋泵性能曲线变化，受各种因素影响。要比较各种齿型性能曲线走向，必

10、需在泵转子和定子的直径、长度、导程、头数、间隙等主要数据相同的条件下进行。 下面是在相同条件下的三角形、半园形及新研制的复合螺纹的性能曲线特点及比较： 螺纹齿型螺纹齿型16（1）三角形螺纹性能曲线的特点是可获得明显的高扬程参数指标。 但它的性能曲线非常陡，泵在工作时任何地方有点磨损，性能曲线变化明显，不利于泵长期稳定工作。近年来，我们通常将泵转子和定子螺纹设计为三角形，主要是利用三角形螺纹可获得明显的高扬程小流量参数特点，忽略了不足之处，所以造成研制工作进度迟缓。17（2）半园形螺纹性能曲线的特点是可获得明显的大流量参数指标。它的性能曲线较平缓，泵在工作时有点磨损，性能曲线变化不大，因此有利于

11、泵长期稳定工作。 18（3）不同齿型的性能曲线比较不同齿型的性能曲线比较 该图是三角形、半园形和复合螺纹齿型的性能曲线比较。由此可以看出选用复合螺纹齿型泵的性能优势。19 原转子单一螺纹 现转子复合螺纹 （4）通过分析迷宫螺旋泵的转子螺纹采用复合螺纹组合。可以充分发挥三角形和半园形两种螺纹的性能优势 该泵即可获得明显的高扬程指标，又可获得明显的平缓该泵即可获得明显的高扬程指标，又可获得明显的平缓流量保证。因此迷宫螺旋泵在长期工作时有点磨损流量保证。因此迷宫螺旋泵在长期工作时有点磨损 ，泵性能，泵性能曲线变化也不大，有利于泵稳定工作。曲线变化也不大，有利于泵稳定工作。20 我院将新型双端迷宫螺旋

12、泵的转子和定子设计成圆柱形标准件。为迷宫螺旋泵科研提速，为迷宫螺旋泵工业化生产创造条件。创新创新2：21创新创新2：22新型双端迷宫螺旋泵转子和定子结构改进示意图： 23 我院研制的新型双端迷宫螺旋泵，将转子和定子优化设计为圆柱形标准我院研制的新型双端迷宫螺旋泵，将转子和定子优化设计为圆柱形标准件，解决了多年来制约迷宫螺旋泵发展的瓶颈难题。研制进程明显加快，为件，解决了多年来制约迷宫螺旋泵发展的瓶颈难题。研制进程明显加快，为迷宫螺旋泵的标准化、产业化铺平了道路。迷宫螺旋泵的标准化、产业化铺平了道路。 我院已经设计出以转子尺寸为标准（我院已经设计出以转子尺寸为标准（80、100、150、200等）等）十多个规格的标准化系列产品。十多个规格的标准化系列产品。 24 设计专用设备，确保新型双端迷宫螺旋泵关键部件转子和定子的加工达到技术要求。迷宫螺旋泵有了合理的设计方案后，如何保证转子和定子的加工技术要求，这在该泵的发展与研制中，也是一大难题。创新创新3：25 四四、研制小结小结1、迷宫螺旋泵的合理设计是关键。 不同的设计就有不同的泵性能。 不同的设计就有不同的泵效率。2、专用设备制造迷宫螺旋泵是产品质量的保证。