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G70-1单螺杆泵的设计【4张CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】

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关键词：: g70 螺杆设计全套 cad 图纸毕业论文答辩优秀优良

资源描述：

【摘要】随着工业技术的不断发展，各种液体的输送显得尤为重要，而作为液体传动工具的单螺杆泵亦显得举足轻重。工业的发展对单螺杆泵提出了更高的要求，某些特定的行业用单螺杆泵的工作条件十分恶劣，研制和开发使用性能良好的单螺杆泵将带来广阔的社会效益和经济效益。为更好的满足特定工作条件的需要，本论文详细阐述了单螺杆泵的工作原理和结构特点，并在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，根据给定的流量、压力来设计和选取合适的单螺杆泵结构参数，完成对单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算和影响因素分析，在此基础上利用三维建模手段，建立有效的单螺杆泵三维模型，对所设计的单螺杆泵进行简单运动仿真，为其性能进一步改进提供了一定参考。

【关键词】单螺杆泵; 结构设计; 性能; 影响因素

Abstract

【Abstract】 With the continuous development of industrial technology, a variety of liquid transportation is particularly important, and the single-screw pump, a tool of fluid transmission, becomes also critical. Higher requirements are made to meet the demand of the industrial development on the single-screw pump, and some certain industries with a single-screw pump are under terrible conditions. It shows that researching and developing the single-screw pump of good performance will bring a broad social and economic benefits. To meet the better needs of specific working conditions, this paper explains clearly the working principle and structural features of single-screw pump, and designs and selects the appropriate single-screw pump parameters by a given flow and pressure on the basis of the traditional theoretical system and using of existing design methods and tools. So that the structural design calculations, key performance computing and influencing factors analysis are completed. After that, we establish an effective single-screw pump three-dimensional model by using of three-dimensional modeling for the simple kinematics simulation on the single-screw pump designed, the results show that it can provide a reference for single-screw pump performance improvement.

【Key words】single-screw pump; structural design; performance; influence factor

摘要I

AbstractII

1. 绪论1

1.1 研究背景及研究意义1

1.2 国内外研究综述1

1.2.1 国外螺杆泵的应用现状1

1.2.2 国内螺杆泵的应用现状2

1.3本题的研究内容和方法2

2. 单螺杆泵的概况4

2.1 引言4

2.2 基本结构和工作原理5

2.3 性能参数9

2.4 应用特点11

2.5 单螺杆泵的特性12

2.6 单螺杆泵的选用12

3. 单螺杆泵结构设计与性能计算15

3.1单螺杆泵结构设计15

3.1.1 螺杆和衬套尺寸的确定15

3.1.2 螺杆和衬套的型线设计16

3.2 单螺杆泵材料的选用20

3.3 单螺杆泵的加工制造22

3.3.1 螺杆的加工22

3.3.2 单螺杆泵橡胶定子的加工22

3.4 单螺杆泵的性能计算24

4. 单螺杆泵应用实例设计26

5. 单螺杆泵的性能分析29

6. 结论与展望30

6.1 结论30

6.2 展望30

参考文献32

致谢33

1. 绪论

1.1 研究背景及研究意义

在我国的国民生产和生活中，泵作为一种输送液体的心脏倍受各行各业所重视。单螺杆泵输送流量、压力稳定，无脉动。单螺杆泵输送变转速即可改变输出流量，可用作计量投加。吸入能力强，工作噪声小，无泄漏，无温升。单螺杆泵输送适应范围广，可输送一切流动介质甚至非流动物料。单螺杆泵能输送高固体含量的介质；流量均匀压力稳定，低转速时更为明显；流量与泵的转速成正比，因而具有良好的变量调节性；一泵多用可以输送不同粘度的介质；泵的安装位置可以任意倾斜；适合输送敏感性物品和易受离心力等破坏的物品；体积小，重量轻、噪声低，结构简单，维修方便。正是由于上述特点，使得单螺杆泵应用广泛，领域涉及石油工业、化工及制药、环境工程、矿产工程、食品工业、造纸行业。

在国内，螺杆泵的使用时间短，对其研究起步相对较晚，因此在生产中还有许多管理上和技术上的问题需要解决。随着螺杆泵应用领域的不断拓宽，对螺杆泵技术要求也越来越高，为适应螺杆泵在其应用领域快速发展的要求，有关螺杆泵的研究方向和内容呈现出比较活跃的趋势。

工业的发展对单螺杆泵提出了更高的要求，某些特定的行业用单螺杆泵的工作条件十分恶劣，如何提高单螺杆泵易损件的工作寿命，更好的满足需要，是单螺杆泵设计和校核的关键。针对螺杆泵理论和结构上存在的问题，在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，设计出一种较为合理的单螺杆泵，缓减或解决螺杆泵在现场实际使用中所存在的具体问题，提高螺杆泵的寿命和效率，降低成本。

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内容简介：: 附件 1：四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）工作表填写说明一、四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）环节工作套表由七个表格组成，要求套表填写完后均放入四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）档案袋存档。七个表格名称如下：表 1 四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）正文封面表 2 四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）任务书表 3 四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）开题报告表 4 四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）指导教师指导记录表表 5 四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）指导教师评阅意见表表 6 四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）专家评阅意见表表 7 四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）答辩情况及成绩评定表二、七个表格由学生、指导教师、评阅专家和答辩委员会根据四川大学锦城学院机械系本科生毕业论文（设计）的规定（试行）的要求分别如实填写，要求学生、指导教师、评阅专家填写的栏目不能由他人代填。三、四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）任务书由指导教师填写。四、四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）开题报告除第 3 页各栏目外，其它栏目均由学生填写。五、四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）正文格式原则上参照“四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）格式和参考文献著录要求” 撰写。六、四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）指导教师指导记录表由学生填写，指导教师确认。指导教师应对学生毕业论文（设计）工作的进展情况一般每周至少进行一次检查、指导 ,并要求学生在表中记录检查、指导的实际内容。七、四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）指导老师评阅意见表由指导教师填写。表中给出了各评价项目达到 A 级的具体要求，各项目的评分分为 A、 B、 C、 D、E 五个等级并赋予相应的分值范围。请对照 A 级标准，结合该论文（设计）实际，评出各项目具体得分，并填写在相应项目的评分栏中，同时计算总分。若总分 60 分或“论文（设计）格式”项目评分 6 分，将不能提交专家评阅及答辩，要求学生限期修改合格后再申请重新评阅及答辩。表中“对论文（设计）的综合评语”栏的填写，可评价论文（设计）的整体水平，值得特别肯定之处或不足之处，也可填写对表中项目评价的补充评语。 nts八、四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）专家评阅意见表由机械系指定专家认真评阅后，客观、公正地填写评阅意见。表中给出了各评价项目达到 A 级的具体要求，各项目的评分分为 A、 B、 C、 D、 E 五个等级并赋予相应的分值范围。请对照 A 级标准，结合该论文（设计）实际，评出各项目具体得分，并填写在相应项目的评分栏中，同时计算总分。若总分 60 分或“论文（设计）格式”项目评分 6 分，将不能提交答辩委员会答辩，要求学生在指导教师的指导下，限期修改合格后再申请重新评阅及答辩。表中“对论文（设计）的综合评语”栏的填写，可评价论文（设计）的整体水平，值得特别肯定之处或不足之处，也可填写对表中项目评价的补充评语。九、四川大学锦城学院机械系本科毕业论文（设计）答辩情况及成绩评定表由答辩小组组长填写，相关责任人按要求签名认可。表中给出了各评价项目达到 A 级的具体要求，各项目的评分分为 A、 B、 C、 D、 E 五个等级并赋予相应的分值范围。请对照 A 级标准，结合该论文（设计）答辩实际，评出各项目具体得分，并填写在相应项目的评分栏中，然后计算总分。论文（设计）环节的成绩评定：参考指导教师评阅情况、专家评阅，结合答辩情况来评定，建议按指导教师评分 :专家评分 :答辩评分为 4:3:3 的比例评定论文（设计）总成绩分数，然后按优（ 90 100 分）、良（ 80 89 分）、中（ 70 79 分）、及格（ 60 69分）、不及格（ 60 分）给出成绩等级。 nts 四川大学锦城学院本科生毕业论文（设计）题目系别专业学生姓名学号年级指导教师二年月日 nts四川大学锦城学院本科毕业论文（设计）任务书（指导教师填写）论文（设计）题目学院专业年级题目来源教师科研课题纵向课题（）题目类型理论研究（）注：请直接在所属项目括号内打“ ” 横向课题（）教师自拟课题（）应用研究（）学生自拟课题（）技术开发（）论文（设计）选题目的、工作任务：目前资料收集情况（含指定参考资料）：论文（设计）完成计划（含时间进度）：接受任务日期：年月日要求完成日期：年月日学生接受任务（签名）：指导教师（签名）：系负责人审定（签名）： nts四川大学锦城学院本科毕业论文（设计）开题报告题目系别专业学生姓名学号年级指导教师二年月日 nts 选题意义螺杆泵在我国石油开采中有重要意义。国内老油田大多处于开发后期，排量小、油层较深的稠油、含砂、含气难采油井越来越多，有的还处于关井状态。地面驱动单螺杆泵采油工艺是目前国内外用于采油的一种新工艺。它是一种容积式泵，运动件很少，钢螺杆在橡胶衬套表面的运动带有滚动加滑动的性质，这一系列特点使螺杆泵适用于高粘度、高含砂量和高含气量原油开采。在我国的国民生产和生活中，泵作为一种输送液体的心脏倍受各行各业所重视。 60 年代中期以来，在石油钻采机械里出现了一种新型的水力机械，它的结构、原理和特性既不同于传统的往复式水力机械，又相区别于传统的叶片式水力机械，这就是单螺杆式水力机械。单螺杆式水力机械在机械采油设备方面的应用，出现了采油用单螺杆泵，包括电动潜油单螺杆泵、液动式单螺杆泵和井口驱动式单螺杆泵等，它们在抽汲高粘度、高含气量和含砂量的原油中具有独特的效果。研制开发使用性能良好的单螺杆泵将带来广阔的社会效益和经济效益。螺杆泵作为一种机械采油设备。具有其它抽油设备所不能替代的优越性，螺杆泵工作原理不像抽油机，它是利用旋转运动实现抽油的。通过多年的应用实践证明它投资少、能耗低、适应性强，这些特点正被用户逐渐接受。随着大庆油田开发的逐步深入，油田开发的难度不断增加，举升设备的重要性也日益突出，螺杆泵以其优越的性能在油田生产中的作用越来越显著，目前螺杆泵采油作为一种重要的油田举升方法正呈明显的上升趋势。在国内，螺杆泵的使用时间短，对其研究起步相对较晚，因此在生产中还有许多管理上和技术上的问题需要解决。随着螺杆泵应用领域的不断拓宽，对螺杆泵技术要求也越来越高，为适应螺杆泵在其应用领域快速发展的要求，有关螺杆泵的研究方向和内容呈现出比较活跃的趋势。石油工业的发展对单螺杆泵提出了更高的要求，石油工程用单螺杆泵的工作条件十分恶劣，如何提高单螺杆泵易损件的工作寿命，更好的满足需要，是此次注水泵设计和校核的关键。针对螺杆泵理论和结构上存在的问题，在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，设计出一种较为合理的单螺杆泵，缓减或解决螺杆泵在现场实际使用中所存在的具体问题，提高螺杆泵的寿命和采油效率，降低采油成本，是本文所研究的目的。 nts 国内外研究现状概述 1国外螺杆泵的应用现状及发展趋势单螺杆泵是 1932 年由法国工程师 Moineau 发明，并由德国 PCM泵公司制成产品。近年国内外采油（气）设备的发展趋势是向大排量、大功率、耐高温、耐高压的方向发展；向自动化、智能化和遥控监测方向发展；向具有保护 =报警、优化记录及显示功能方向发展；向采油工艺多适应性方向发展，既能适应含水、含气、含砂、含石蜡、稠油和低渗透油藏的采油需要，又能满足定向井、水平井和深井采油工艺的需要。并且国外一些制造厂家已经先后推出了大型单螺杆泵产品。加拿大约 40%的重油井使用螺杆泵采油，其中一石油公司采用PCM/IFP 联合公司生产的 Rodemip 地面驱动螺杆泵采油系统，井下部分连续运转了两年，地面部分 5 年，投资与维护保养费用均较低。发展大流量和高压力的单螺杆潜油泵是国外螺杆泵的主要发展趋势。发展这种产品主要是为了满足一些大流量且含油水混合物的小口径深油井的需要。单螺杆泵广泛应用于各种工业领域已经有约 60 年的历史，但欧洲直到 1985 年前后才开始利用这种泵进行深井采油。由于单螺杆泵在石油工业中的输液范围很广，从低粘度到高粘度以及气 -液两相流体，因此发展大流量高压力的单螺杆泵的市场前景广阔。发展高压螺杆泵的另一个目的是为了高粘度原油的开采。目前，单螺杆泵的最大压力已经达到 200bar，英国 AG 泵公司和法国 PCM 泵公司均生产这种高压单螺杆泵（流量范围 20 500 3m /h，级数 1 20 级）。由于这种高压单螺杆泵具有结构紧凑、效率高、耐磨性强等优点，因此国外越来越多地使用这种螺杆泵来开采含有大量固体颗粒、高粘度的原油。 2 国内螺杆泵的应用现状我国螺杆泵制造和应用的时间，泵的制造和配套应用都存在不少问题。我国天津市工业泵厂于 60 年代初研制成功船用高压小流量三螺杆泵，并扩展为单、双、三螺杆泵专业厂。天津工业泵厂于 1984年引进德国 Allweiler 公司的制造技术和英国 Holroyd 公司的 2AC 螺杆铣床和配套设备后，我国才开始批量生产螺杆泵。比国外整整落后了 20 年。 nts 目前，我国对螺杆泵地面装置进行了改进，使螺杆泵的转速、排量可在一定范围内调整，以适应不同井况的需要。但是时至今日，国内产品基本上局限于小型单螺杆泵，缺乏大型单螺杆泵产品，且在泵的结构和制造技术等方面有待于改进和提高，并普遍存在泵性能和可靠性不高的问题，目前的一些石油部门不得不进口这类产品，以满足使用需要。部分低产油田和少数过去认为无开采价值的油田应用地面驱动螺杆泵开发，见到了明显的效果。近年来，国内一些油田相继使用螺杆泵开采高粘度原油，也得了较好的经济效果。目前，地面驱动井下单螺杆泵已在国内大多油田进行试用和局部推广。针对以上的各种情况，为赶超国外先进水平，填补国内空白，研制大排量螺杆泵具有重要意义。螺杆泵作为一种机械采油设备，它具有其他抽油设备所不能替代的优越性，国内在制造、应用等方面都取得了长足的进步，井下泵已经基本形成系列化。但是，与国外石油公司相比，我国在螺杆泵的整体技术发展和应用方面还存在一定的差距。主要研究内容 1.了解单螺杆泵的工作原理。 2.掌握单螺杆泵的机构组成。 3.理解螺杆螺旋线的定义及原理 4.螺杆泵螺杆及衬套的设计。 5.单螺杆泵传动设计。 6. 在 autocad 软件下设计出整体图。 nts拟采用的研究思路（方法、技术路线、可行性论证等） 1.查阅资料了解了单螺杆泵的应用概况、结构原理和工作特点等相关理论； 2.接下来概述了单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算和影响因素分析； 3.根据给定的流量、压力来设计和选取合适的单螺杆泵结构参数，完成对单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算； 4.完成对其影响因素的分析； 5.最后通过一个设计实例巩固了单螺杆泵设计的原理。通过理论设计分析法、计算法，对这些数据资料进行理论归纳分析及计算，完成对单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算和影响因素分析，并系统地做出报告。研究工作安排及进度第一、二周：参阅整理文献和收集资料。第三、四、五周：了解并熟悉单螺杆泵的工作原理和机构组成，对其设计做准备。第六、七、八周：针对单螺杆泵做系统的设计以及计算，画好相关二维，并撰写论文及外文翻译。第九周：整理好论文并打印。第十周：进行毕业答辩。参考文献目录 1 周连考，龚绍海，赵继生 . 单螺杆泵的设计与试验研究 . 水泵技术，1999， (3): 19-25 2 沙毅，白小榜，李金磊等 . 单螺杆泵设计及特性试验研究 . 中国机械工程， 2008， 19(5): 522-525 3 李福天 . 螺杆泵 . 北京：机械工业出版社， 2010 4 濮良贵 , 纪名刚 . 机械设计 . 北京 : 高等教育出版社 , 2006 5 李文广 .液体粘度对离心泵能量损失的影响 .化工机械 , 1999,26（ 1）：13-15 6 刘宇星 . 单螺杆泵使用中的问题探讨 . 矿业研究与开发 , 1996,16(2) :45-47. 7 叶卫东 ,宋玉杰 ,韩道权 ,杜秀 .华单螺杆泵定子有限元分析 .石油矿场机械 ,2008,37(4) :42-44 8 张克危 .流体机械原理 (下册 ) .北京 :机械工业出版社 ,2001. 9 姜民政 ,朱君 ,郑福全 ,等 .单螺杆泵特性试验 .石油矿场机械 ,1999, 28(2) :30-32. 10 李福天 . 单螺杆泵溢流作用的探讨 . 流体工程， 1989， (3): 3-10 11 何存兴 . 单螺杆泵设计中若干理论问题探讨 . 水泵技术， 1995， (3): 3-10 12 秦昊春，王义 . 螺杆转子的数控加工 . 化工之友， 2006(2): 31-32 13 任希锋 . 单螺杆泵加工简介 . 泵业动态， 1999， (2): 19-25 nts开题报告会议纪要时间地点主持人参会教师姓名职务（职称）姓名职务（职称）会议记录摘要记录人：指导教师意见签名：年月日备注： 1、本开题报告除第 3 页各栏目外，其它栏目均由学生填写。 2、填写各栏目时可根据内容另加附页。 3、参加开题报告会议的教师不少于 3 人。 nts 单螺杆泵文献综述摘要：单螺杆泵性能优越，被广泛应用于食品、冶金、造纸、印染、化工、化肥、制药等工业部门螺杆泵属容积式转子泵，诞生于 1931 年。由于结构独特，有自吸能力、效率高、体积小、工作可靠，且可输送粘度范围宽广的各种介质，螺杆泵被广泛应用于石油化工、航运、电力、机械液压系统、食品、造纸、污水处理等工业部门。作为节能和节材产品，螺杆泵在我国的应用范围正在不断扩大，需求量连年增长，越来越受到重视。虽然我国国内的螺杆泵与国外专业公司相比还存在差距，但随着我国螺杆泵科研力量的投入及应用实践的增多，螺杆泵在替代原来传统技术方面必将取得良好的使用效果，实现节能、节材效益。关键字 :性能优越节能节材一、工作原理单螺杆泵是一种内啮合回转式容积泵，当单线螺旋的转子在双线的螺旋的定了孔内绕定子轴线作行星回转时，转子一定子付之间形成的密闭腔就连续的、匀速的、容积不变的将介质从吸入端输送到输出端。二、螺杆泵应用领域石油工业：油田中原油、稠油、气、砂等混合物的抽取及输送。化学工业：合成纤维液、粘胶液、油墨、尼龙粉液、悬浮液、乳浊液、聚合物、絮凝剂、沉淀剂、石灰乳的输送。造纸工业：输送不同浓度的纸浆、棉浆、草浆，各种涂料，白液、黑液及碱回收中的重油。非金属矿：陶瓷工业生的中浆液、瓷油、耐火粘土悬浮液的输送。高领土生产中的原料浆液的输送。食品工业：输送食品的原料、酱类、乳类物料，果汁、果酱，碳酸饮料及调料。啤酒厂中硅藻土、麦牙浆以及酒糟、滤泥各种液体的输送。其他工业：船舶中输送燃油，扫仓，清除海上浮油，排放污水，污油至岸上及装卸各种物料。建筑业中灰浆、灰膏、涂料的输送。环保行业污泥输送。三、螺杆泵特性 1. 输送范围广泛：从含固量 60%的物料，且粘度高达 1， 000， 000CPS 的物料均可有效输送。 2. 机械振动及噪声低，运行中物料没有搅动、剪切、湍流和搅拌。 3. 自吸能力强，吸上真空高度可达 8.5 米（ 28 英尺）。 nts4. 由钢性的转子与弹性的定子组成的特殊结构使其具有能输送含固体颗粒的物料。 5. 被输送物料的温度最高可达到摄氏 120 度，流量最高可达 260m3/h。压力可达 0.6， 1.2， 1.8， 2.4, 9.6MPa。 6. 流量与转速成线性关系，可以方便的能过调整转速来控制流量，通常可作计量泵用。 7. 不锈钢（ 304， 316， 316L， 904， 329J1 等）转子，表面经过特殊工艺物化处理，表面硬度可达 HRC55-60，耐腐耐磨。四、螺杆泵前景单螺杆泵结构简单，不怕砂和杂质，特别适用于高粘度、高固相原油及油气水多相输送。空心转子螺杆泵的问世不仅为采油提供了更好更多的便利，也是螺杆泵向前发展的重要一步。空心转子螺杆泵采油系统主要由地面部分、电控部分、井下泵及配套工具等4 部分组成，其中地面部分、电控部分与常规螺杆泵采油系统相同，配套工具包括与空心转子配套用的热洗阀、测压阀等；不同的是井下泵由定子和空心转子组成，空心转子采用弯曲型材的模具和设备将等厚壁空心管一次拉制成型，中心形成与外壁型线相同的通道。此通道对开辟螺杆泵新的应用领域至关重要，它既可作为压力测试传压通道，还可作为清防蜡热洗通道。与常规螺杆泵采油系统相比，空心转子加工工艺简单，生产效率高，成本低，不仅节约材料，减轻转子质量，还提高了转子的承载能力，增强了系统的可靠性。空心转子螺杆泵采油技术不仅继承了常规螺杆泵的优点，还可实施大排量、快速热洗清防蜡工艺，能实现压力测试，具有抽油杆柱防脱扣功能。它的开发应用提高了螺杆泵系统的工艺性能，降低了螺杆泵的费用，拓展了应用范围。随着配套技术的日益完善，空心转子螺杆泵有望在剖面测试、同井注采等领域得到广泛应用。五、定子改进定子橡胶性能的改进采油螺杆泵定子所使用的传统橡胶材料为丁腈橡胶 (NBR)。因采油螺杆泵的工作条件十分苛刻，如高温、高压、工作时间长、磨蚀性介质、受周期性挤压力等，使传统的定子橡胶已临近其性能极限，发展新胶种已成为一种迫切的需求。目前配方主要有： 1、羧基丁腈橡胶 (XNBR)：它是丁二烯、丙烯腈和有机酸单体的三元共聚物，其特点是：耐热油；耐磨；水溶胀小；压缩永久变形小；弹性高；抗撕裂强度高；易挤出，有利于注压成型；动态性能较好 6。 2、丁腈橡胶与聚氯乙烯 (PVC)，或羧基丁腈橡胶与聚氯乙烯的共混胶为橡塑混炼胶，与丁腈橡胶相比，有更好的挤出性能和耐油、耐化学药品、耐溶剂性、耐水性和耐磨性，而且尺寸稳定性较好，对定、转子配合更易控制 7。王霞、朱臣昌等 8将不同 PVC 含量的橡胶试样进行耐稠油性能测试并进行拉伸试验，认为 PVC 树脂的加入不仅提高丁腈橡胶的硬度、耐磨性能，而且改善了丁腈橡nts胶的塑性和共混胶的挤出性能，从而克服了螺杆泵定子衬套的加工难度。 3、氢化高饱和丁腈橡胶是通过对丁腈橡胶链段上的丁二烯单元进行选择氢化，将不饱和双键加氢反应生成饱和碳碳单键。氢化高饱和丁腈橡胶具有良好的耐热和耐老化性能、耐腐蚀性能和耐低温性能，还具有能在高温下仍保持与常温相当的物理机械性能的品质。 4、在橡胶中加入填料可以改善橡胶的耐磨性、抗老化等各种性能。当填料的结构单元小到纳米级时，材料的性质发生了重大变化，不仅明显改善了原有材料的性能，而且会有新的性能或效应产生。纳米材料与高分子材料大分子之间的接枝作用，不仅可显著提高高分子材料的综合性能，还可提高其热稳定性、光稳定性、化学稳定性和使用性能，进而延长制品的使用寿命 9,10。金属定子传统单螺杆泵以丁腈橡胶为衬套的定子，在工作中由于受井下油气水等多种组分的侵蚀、转子的冲击和磨损、定子在井下温度的热老化作用等，导致定子损坏，其工作寿命为一年半左右。若以金属材料制造单螺杆泵的定子，并对转子加以改造，即在转子表面挂一层橡胶、尼龙或其他材质，则能很好地提高泵的性能。 1、金属定子的优越性表现在 5： (1).承压能力强 (2).相同排量的螺杆泵，金属定子的螺杆泵泵体要比橡胶定子的螺杆泵泵体小 (3).与橡胶相比，金属定子散热快，不存在疲劳温升和老化问题，所以定子寿命长 (4).转子橡胶层较薄，受力均匀，机械效率高 (5).转子油胀、温胀和气侵问题不明显，更适应恶劣环境 (6).定、转子可重复利用，降低了成本 2、应用前景金属定子单螺杆泵除应用于地面驱动的常规方法外，还可应用于潜油螺杆泵采油技术 5。与橡胶定子螺杆泵相比优势较多，适用范围广，使用寿命长，效益高，收益好，前景广阔。六、单螺杆泵特点 : 1、能输送高固体含量的介质； 2、流量均匀压力稳定，低转速时更为明显； 3、流量与泵的转速成正比，因而具有良好的变量调节性； 4、一泵多用可以输送不同粘度的介质； 5、泵的安装位置可以任意倾斜； 6、适合输送敏感性物品和易受离心力等破坏的物品； 7、体积小，重量轻、噪声低，结构简单，维修方便。 nts 七、螺杆泵发展动态大庆采研院螺杆泵技术年创效 2000 万元中原油田应用螺杆泵技术节能降耗胜利东辛采油厂螺杆泵连续杆工艺投产成功投资半亿耐驰成亚太单螺杆泵制造中心参考文献： 1 周毅 . 单螺杆泵橡胶定子的研制 . 橡胶工业 , 2003,50: 312. 2 魏纪德 ,吴文祥 ,曾艳 . 螺杆泵定子橡胶溶胀对容积效率的影响及对策 . 石油机械 , 2005,33(4):16. 3 姜云晗 ,陈凤 ,薛剑茹 . 等壁厚螺杆泵的研究与应用 . 钻采工艺 , 2005, 28(6):117118. 4 何艳 ,姜海峰 ,孙延安 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black 1989， 140： 322 23 贾红兵等不同硅烷偶联剂对纳米白炭黑填充胶料性能的影响橡胶工业，1999,46(10): 590 593 nts24贾红兵等 . 纳米白炭黑 /炭黑并用对 SBR 硫化胶性能的影响 . 橡胶工业 , 2000,47(9): 515 519. 25 陈旭东等 . 舰船用高性能密封橡胶研究 ( )纳米补强填料对氟橡胶硫化胶物理性能的影响 . 弹性体 , 2004, 14(5): 20 23. 26 陈玉祥 ,侯铎 ,王霞 ,周松 . 纳米 Zn, Zn 晶须 , 炭黑并用补强 NBR 的实验研究 .弹性体，2007,17(5): 14 16. nts 毕业论文（设计）题目单螺杆泵的设计院系机械工程学院专业机械设计制造及其自动化年级 2009 级学生姓名学号指导教师 nts I 摘要机械设计制造及其自动化专业学生：指导教师：田大庆【摘要】随着工业技术的不断发展，各种液体的输送显得尤为重要，而作为液体传动工具的单螺杆泵亦显得举足轻重。工业的发展对单螺杆泵提出了更高的要求，某些特定的行业用单螺杆泵的工作条件十分恶劣，研制和开发使用性能良好的单螺杆泵将带来广阔的社会效益和经济效益。为更好的满足特定工作条件的需要，本论文详细阐述了单螺杆泵的工作原理和结构特点，并在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，根据给定的流量、压力来设计和选取合适的单螺杆泵结构参数，完成对单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算和影响因素分析，在此基础上利用三维建模手段，建立有效的单螺杆泵三维模型，对所设计的单螺杆泵进行简单运动仿真，为其性能进一步改进提供了一定参考。【关键词】单螺杆泵 ; 结构设计 ; 性能 ; 影响因素 nts四川大学锦城学院本科毕业设计 II Abstract 【 Abstract】 With the continuous development of industrial technology, a variety of liquid transportation is particularly important, and the single-screw pump, a tool of fluid transmission, becomes also critical. Higher requirements are made to meet the demand of the industrial development on the single-screw pump, and some certain industries with a single-screw pump are under terrible conditions. It shows that researching and developing the single-screw pump of good performance will bring a broad social and economic benefits. To meet the better needs of specific working conditions, this paper explains clearly the working principle and structural features of single-screw pump, and designs and selects the appropriate single-screw pump parameters by a given flow and pressure on the basis of the traditional theoretical system and using of existing design methods and tools. So that the structural design calculations, key performance computing and influencing factors analysis are completed. After that, we establish an effective single-screw pump three-dimensional model by using of three-dimensional modeling for the simple kinematics simulation on the single-screw pump designed, the results show that it can provide a reference for single-screw pump performance improvement. 【 Key words】 single-screw pump; structural design; performance; influence factornts四川大学锦城学院本科毕业设计 I 目录摘要 . I Abstract . II 1. 绪论 . 1 1.1 研究背景及研究意义 . 1 1.2 国内外研究综述 . 1 1.2.1 国外螺杆泵的应用现状 . 1 1.2.2 国内螺杆泵的应用现状 . 2 1.3 本题的研究内容和方法 . 2 2. 单螺杆泵的概况 . 4 2.1 引言 . 4 2.2 基本结构和工作原理 . 5 2.3 性能参数 . 9 2.4 应用特点 .11 2.5 单螺杆泵的特性 . 12 2.6 单螺杆泵的选用 . 12 3. 单螺杆泵结构设计与性能计算 . 15 3.1 单螺杆泵结构设计 . 15 3.1.1 螺杆和衬套尺寸的确定 . 15 3.1.2 螺杆和衬套的型线设计 . 16 3.2 单螺杆泵材料的选用 . 20 3.3 单螺杆泵的加工制造 . 22 3.3.1 螺杆的加工 . 22 3.3.2 单螺杆泵橡胶定子的加工 . 22 3.4 单螺杆泵的性能计算 . 24 4. 单螺杆泵应用实例设计 . 26 5. 单螺杆泵的性能分析 . 29 6. 结论与展望 . 30 6.1 结论 . 30 6.2 展望 . 30 参考文献 . 32 致谢 . 33 nts 1 1. 绪论 1.1 研究背景及研究意义在我国的国民生产和生活中，泵作为一种输送液体的心脏倍受各行各业所重视。单螺杆泵输送流量、压力稳定，无脉动。单螺杆泵输送变转速即可改变输出流量，可用作计量投加。吸入能力强，工作噪声小，无泄漏，无温升。单螺杆泵输送适应范围广，可输送一切流动介质甚至非流动物料。单螺杆泵能输送高固体含量的介质；流量均匀压力稳定，低转速时更为明显；流量与泵的转速成正比，因而具有良好的变量调节性；一泵多用可以输送不同粘度的介质；泵的安装位置可以任意倾斜；适合输送敏感性物品和易受离心力等破坏的物品；体积小，重量轻、噪声低，结构简单，维修方便。正是由于上述特点，使得单螺杆泵应用广泛，领域涉及石油工业、化工及制药、环境工程、矿产工程、食品工业、造纸行业。在国内，螺杆泵的使用时间短，对其研究起步相对较晚，因此在生产中还有许多管理上和技术上的问题需要解决。随着螺杆泵应用领域的不断拓宽，对螺杆泵技术要求也越来越高，为适应螺杆泵在其应用领域快速发展的要求，有关螺杆泵的研究方向和内容呈现出比较活跃的趋势。工业的发展对单螺杆泵提出了更高的要求，某些特定的行业用单螺杆泵的工作条件十分恶劣，如何提高单螺杆泵易损件的工作寿命，更好的满足需要，是单螺杆泵设计和校核的关键。针对螺杆泵理论和结构上存在的问题，在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，设计出一种较为合理的单螺杆泵，缓减或解决螺杆泵在现场实际使用中所存在的具体问题，提高螺杆泵的寿命和效率，降低成本。 1.2 国内外研究综述 1.2.1 国外螺杆泵的应用现状单螺杆泵是 1932 年由法国工程师 Moineau 发明，并由德国 PCM 泵公司制成产品。近年国内外采油（气）设备的发展趋势是向大排量、大功率、耐高温、耐高压的方向发展；向自动化、智能化和遥控监测方向发展；向具有保护 =报警、优化记录及显示功能方向发展；向采油工艺多适应性方向发展，既能适应含水、含气、含砂、含石蜡、稠油和低渗透油藏的采油需要，又能满足定向井、水平井nts四川大学锦城学院本科毕业设计 2 和深井采油工艺的需要。并且国外一些制造厂家已经先后推出了大型单螺杆泵产品。加拿大约 40%的重油井使用螺杆泵采油，其中一石油公司采用 PCM/IFP 联合公司生产的 Rodemip 地面驱动螺杆泵采油系统，井下部分连续运转了两年，地面部分 5 年，投资与维护保养费用均较低。发展大流量和高压力的单螺杆潜油泵是国外螺杆泵的主要发展趋势。发展这种产品主要是为了满足一些大流量且含油水混合物的小口径深油井的需要。单螺杆泵广泛应用于各种工业领域已经有约60 年的历史，但欧洲直到 1985 年前后才开始利用这种泵进行深井采油。由于单螺杆泵在石油工业中的输液范围很广，从低粘度到高粘度以及气 -液两相流体，因此发展大流量高压力的单螺杆泵的市场前景广阔。发展高压螺杆泵的另一个目的是为了高粘度原油的开采。目前，单螺杆泵的最大压力已经达到 200bar，英国AG 泵公司和法国 PCM 泵公司均生产这种高压单螺杆泵（流量范围 20500 3m /h，级数 1 20 级）。由于这种高压单螺杆泵具有结构紧凑、效率高、耐磨性强等优点，因此国外越来越多地使用这种螺杆泵来开采含有大量固体颗粒、高粘度的原油。 1.2.2 国内螺杆泵的应用现状我国螺杆泵的发展起步较晚 ,原天津市工业泵厂于 20 世纪 60 年代初期研制成功船用高压小流量三螺杆泵 ,此后逐步发展成为单、双、三螺杆泵的专业生产厂。 60 年代中期 ,原沈阳水泵厂开始生产双螺杆泵和三螺杆泵 ,70 年代研制成功五螺杆泵。 1984 年 6 月，天津工业泵总厂与世界著名的德国阿尔维勒公司签定三螺杆泵制造技术转让合同； 1992 年 2 月，与德国鲍曼公司签定合同 ,引进单、双螺杆泵制造技术。为了提高螺杆泵转子加工精度 ,天津工业泵总厂先后从英国霍尔罗伊德公司购进高精度螺杆泵转子加工专用铣床 ,购进该公司螺杆泵转子专用2AC 铣床、刀具及检查设备。购进奥地利 CNC-131 型加长螺杆加工专用铣床。第二次购进英国霍尔罗伊德公司加长螺杆加工专用铣床、大直径螺杆加工高精度专用铣床 ,以及铣刀制造技术及电子检查仪器。 1989 年 ,湖北石首水泵厂引进原捷克斯洛伐克西格玛公司单螺杆泵制造技术及空心管压制单螺杆泵转子设备。目前，我国对螺杆泵地面装置进行了改进，使螺杆泵的转速、排量可在一定范围内调整，以适应不同井况的需要。但是时至今日，国内产品基本上局限于小型单螺杆泵，缺乏大型单螺杆泵产品，且在泵的结构和制造技术等方面有待于改进和提高，并普遍存在泵性能和可靠性不高的问题， 1.3 本题的研究内容和方法本文首先概述了课题的背景选题的意义以及国内外研究现状和今后的发展趋势和研究重点，并简要介绍了本文研究思路；第 2 章概述了单螺杆泵的应用概况、结构原理和工作特点等相关理论；第 3 章概述了单螺杆泵结构设计计算、主nts四川大学锦城学院本科毕业设计 3 要性能计算和影响因素分析；第 4 章，根据给定的流量、压力来设计和选取合适的单螺杆泵结构参数，完成对单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算；第 5 章，完成对其影响因素的分析；第 6 章，对全文做出了总结。本课题主要采用文献调研法，理论设计分析法、计算法等研究方法。采用文献调研法，通过查阅图书馆、图书馆网数字资源中的学术杂志、学术期刊等，收集国内外的相关信息资料，并对资料进行整理，通过理论设计分析法、计算法，对这些数据资料进行理论归纳分析及计算，完成对单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算和影响因素分析，并系统地做出报告。nts 4 2. 单螺杆泵的概况 2.1 引言单螺杆泵于 1932 年由法国工程师莫诺（ MoiNeau）发明，并由法国 PCM 泵业分公司首先生产，故也被称为莫诺泵（ MONO）。莫诺泵还被称为偏心螺杆泵、转子偏心泵、曲杆泵、浓浆泵和蛇泵等，在我国按标准规定以正式定名为单螺杆泵。它既适合输送低粘度如水等介质，还尤其适合输送含有输送含有固体颗粒或短纤维的悬浮液，以及粘度非常高的介质。它广泛地用于石油、化工、建筑、环保、船舶、纺织、冶金、采矿、印刷与造纸业、食品、酿造、医药和日用化工等领域，发展前景远大。目前莫诺泵输送固体颗粒的最大尺寸为不超过转子的偏心距，含量已可达到介质的 60%左右，粉状颗粒可达到 70%和最长纤维长度不超过 0.4 倍转子螺距。它成功地输送了其他泵难以完成的诸如水泥浆、陶土糊、水煤浆、水泥涂料和膨润土等含固体颗粒比例很高、粘度又大的介质。水煤浆技术作为洁净煤工程和煤浆加工的一种新途径，它的制备和输送越来越受到重视，但是由于水煤浆不仅流动性差，而且成分为 65%的煤粉、 30%为水和 5%为添加剂，煤粉中还含有大量硬颗粒矿物。很多使用场合要求排出压力达 1.8-2.4mpa，甚至更高些。尽管由于严重的磨蚀等因素影响到主要零件定子和转子的寿命，通常定子寿命仅 200h，转子也仅 800h 左右，但运行可靠；且我国至今尚无可替代的设备，因此在水煤浆厂和发电厂螺杆泵选型时单螺杆泵仍得到广泛应用。莫诺泵另一突出的特点是特别适宜输送不能受剪切、挤压或搅动的敏感性液体，即受到剪切等会呈现触变性质的非牛顿液体。在输送胶状液体如某些化妆品等时，必须注意泵的转速与输送介质特性的匹配。因为大部分的胶状液体在静止时成粘糊状态，甚至会是固态，但在搅动后就会变得较易流动的半流动状态，这种现象即为胶状液体具有触变现象，故必须选择适当的转速，注意不使触变破坏介质的结构。莫诺泵已被采油系统广为应用。它在原油开采中使用由地面电动机或柴油机或液压三种驱动装置，通过抽油杆的旋转运动把动力传送到井下，驱动单螺杆采油，以及电动机安装在井内的单螺杆泵下面的电动潜油螺杆泵采油。这两种新型的采油机械与传统的梁式抽油泵（即利用抽油杆上下往复运动抽油）相比。不仅结构简单、体积小、质量轻、造价低，不需要混凝土基础，安装方便，而且采油效率高，一般可增加采油量 1.8-7.3 倍；一般节约电耗达 26%-50%。法国 PCP/IEP联合公司的 RODEMIP 地面驱动功率较小的单螺杆泵采油系统，节电甚至达nts四川大学锦城学院本科毕业设计 5 60%-75%；效率更是高得多；使用梁式抽油有杆泵系统的平均效率仅为 11.6%，用单螺杆泵开采稠油的系统平均效率为 39.1%。这种新型的采油机械普遍用于抽吸高粘度、高含蜡油、高含砂稠油和高汽油比的原油等，现在又扩大用于含水率80%以上的高含水深井采油，在原油开采中显示出强大的生命力。一般在井下连续工作一年左右，加拿大 corod公司生产的螺杆泵采油系统泵的效率最高达 78%，正常使用条件下免修期为 1-1.5 年，实际使用寿命最高可达 3 年以上，而且维护保养较为方便。图 1 单螺杆泵结构示意图 2.2 基本结构和工作原理单螺杆泵图 1、 2)是一种内啮合的密闭式螺杆泵。它主要由螺杆、衬套、万向联轴器、传动轴和泵轴等零部件组成，靠螺杆与衬套之间的内啮合相对运动，使啮合密封腔沿轴向运动，从而完成输液过程。图 2 单螺杆泵 1 压出管 2 衬套 3 螺杆 4 万向联轴器 5 吸入管 6 传动轴 7 轴封 8 托架 9 轴承 10 泵轴单螺杆泵属于转子式容积泵，它是依靠螺杆与衬套相互啮合在吸入腔和排出腔产生容积变化来输送液体的。它是一种内啮合的密闭式螺杆泵，主要工作部件由具有双头螺旋空腔的衬套（定子）和在定子腔内与其啮合的单头螺旋螺杆（转子）组成。当输入轴通过万向节驱动转子绕定子中心作行星回转时，定子转nts四川大学锦城学院本科毕业设计 6 子副就连续地啮合形成密封腔，这些密封腔容积不变地作匀速轴向运动，把输送介质从吸入端经定子转子副输送至压出端，吸入密闭腔内的介质流过定子而不被搅动和破坏。螺杆具有单头螺纹，其任意截面皆为半径为 R 的圆，截面的中心位于螺旋线上且与螺杆的轴心线偏离一个偏心距 e，绕轴旋转且沿轴向移动而形成的衬套内表面具有双螺纹，其任意截面为一长圆，两端是半径为 R（等于螺杆截面半径）的半圆，中间是长为 4e 的直线段。衬套的任意截面都是相同的长圆，只是彼此互相错开一个角度。螺杆装入衬套后，螺杆表面与衬套内螺纹表面之间形成一个个封闭的腔室，同时任意截面也被分成上下两个月牙形工作室。当螺杆旋转时，靠近吸入室的第一个工作室的容积逐渐增大，形成负压，在压差的作用下液体被吸入工作室。随着螺杆的继续转动，工作腔容积不断增至最大后，这个工作室封闭，并将液体沿轴向推向压出室。与此同时上下两个工作室交替循环地吸入和排出液体，因此液体被连续不断地从吸入室沿轴向推向压出室。常见单螺杆泵螺杆的形状如图 3 所示。它的外表面是由半径为 R 的圆，其圆心 O 以偏心距 e. 螺距 t 绕螺杆中心线 O2 做螺旋运动形成的单头外螺纹表面。图 3 单螺杆泵螺杆的形状 nts四川大学锦城学院本科毕业设计 7 图 4 衬套的形状衬套内表面是双头内螺纹表面。其横截面呈长圆形 (见图 4)，两端为半径也等于 R 的半圆，两半圆圆心间的距离为 4e,螺距也为 t，因是双头螺纹，其导程T=2t.具有如上形状的螺杆与衬套相互啮合的情况，如图 5 所示。图 5-a 、 b 给出的是在时刻二者的啮合状况，图 5c 则为时刻的状况。由图 5 可见，在一个导程 T 内取的 9 个与衬套轴线垂直的断面上，皆有螺杆与衬套表面接触的点或线。时刻，在 1 断面上，二者沿圆弧线 111 CAB 接触 ;在 2断面上，则仅在 2,2 CB 两点接触，若将所有相邻断面的接触点依次连接起来，则得一条闭合的空间啮合曲线 3111 CCAB 8998 BBAC 123 BBB 。此啮合曲线将衬套与螺杆间的空间隔离成 DLA QQ, 和等 DRQ 空腔（ AQ 是螺杆 2,1 AA 9,8 AA点处衬套壁面之间的闭合空腔 ;若时刻螺杆刚好在 5 断面处紧靠衬套壁面上的5D 点，则用 DLQ 表示 5 断面左边的螺杆与 1D 、 2D 5D 处衬套壁面间的非闭合空腔，用 DRQ 表示 5 断面右边的螺杆与 5D 、 6D 9D 处衬套壁面间的非闭合空腔 )。各空腔间互不相通，它们被所述啮合曲线分隔开或封闭起来。 nts四川大学锦城学院本科毕业设计 8 图 5 单螺杆泵工作原理示意图螺杆在衬套中转动，经时刻后，各断面中螺杆与衬套间的相互位置变成图 5c 所示的状况。由图 5 可见，此时在 2 断面中，螺杆已移至该断面 2A 端的极限 AQ 腔的啮合线左端位置，即包围 AQ 腔的啮合线左端位置，已由时刻的 111 CAB移至时刻的 222 CAB 。若被输送液体从啮合副左端进人衬套，且假设衬套的轴向长度刚好等于导程 T,则经时间后， AQ 腔的轴向长度比时刻的 T 减小了 l （ l 为 1, 2 断面间的轴向距离）或者说，时刻的 AQ 腔的轴向位置向右移动了 l ，且其右端已与泵的压出室相通。随着时间的增大， AQ 腔向右移动得更多，即衬套内的 AQ 腔容积更小，从而使与之相通的整个压出空间的容积逐渐减小，压力升高，产生了排液作用。在时刻， 1 断面内的螺杆位于紧靠 1A 点的极限位置，形成了 DLD 腔的断面面积最大。此时，位于距此断面一个螺距 t 的 5 断面上的圆弧线 555 CDB ,既是 DLD腔的右端密封线，又是 DRQ 腔的左端密封线。经时间间隔后，该密封线己从 5断面右移，使与泵吸人室相通的 DLD 腔容积增大，腔中压力下降，从而吸人液体。与此同时，与泵压出室相通的 DRQ 腔容积减小，和 AQ 腔一道排液。螺杆连续转动，螺杆与衬套间的啮合密封线就不断生成，且不断由吸人端向压出端移动，泵的吸、排液过程就连续不断地进行了。由上述工作过程可知，螺杆与衬套的啮合长度不能小于一个导程。泵扬程越nts四川大学锦城学院本科毕业设计 9 高，导程数目越多，螺杆与衬套的长度也越长。为消除零件加工误差对啮合线密封效果的不良影响，保证螺杆与衬套的啮合线能承受压出室与吸人室之间的压差，单螺杆泵的衬套一般用耐磨橡胶等弹性材料制成，以使螺杆与衬套间的配合有微量过盈。图 6 螺杆在衬套中的运动单螺杆泵螺杆在衬套中的运动比较复杂。在泵的任意一个横断面上 (图 6)，螺杆绕其轴心线 2O 转动时，其断面圆的中心 1O 必定要在经过衬套断面中心 O 的直线人 AD 上运动。这种运动现象，只能在 1O 绕 2O :转动的同时必须还要有 2O 绕O 的转动才能产生。因为 O 轴是泵轴轴线通过的固定轴线，则连接泵轴和螺杆的传动轴必定要通过万向联轴器，才能将动力传递给螺杆。由图 6 可见，当螺杆断面圆之圆心从其极端位置 AO1 向 D 方向运动至某一位置 1O 时，螺杆轴心线从 AO2 变到 2O 。在这个过程中，始终有 eOOOO AA 2121 ，则衬套中心与螺杆轴心间的连线，必定要从 AOO2 向与螺杆转动角速度。相反的方向，以角速度 w 偏转至 2OO ，即 2O 要偏离 AD 直线，围绕 O 点转动。由螺杆与衬套在极端点 A 接触时，螺杆断面中心 AO1 点无切向运动线速度 01AC ，即 1 2oAC e w e w （ 2-1）所以有 2ww （ 2-2）这表明，螺杆轴线绕衬套轴线旋转的角速度 w ，等于螺杆绕自身轴线旋转角速度 w 值的一半。 2.3 性能参数 1、流量 nts四川大学锦城学院本科毕业设计 10 螺杆泵流量与泵转速、泄流量和介质粘度有关， QQQ T ，式中 TQ 为理论流量， Q 为泄流量 ; TQ n q ，式中 n 为转速， q 为流量 /转。压差 P 越大，泄流量 Q 也越大。 Q 与液体的粘度成比例，对于螺杆泵，液体的粘度越大，泵的泄流量 Q 越小。单螺杆泵的流量等于衬套与螺杆横截面积之差 (即泵的过流面积 )与液体的轴向运动速度及泵容积效率的乘积 : vv eDTq 240 （ 2-1）式中， vq 为螺杆泵有效体积流量， m3/ h; e 为偏心距， m; D 为螺杆横截面直径，m; T 为导程，为螺距 t 的 2 倍， m; n 为泵轴转速， r/ min; v 为泵容积效率。 2、压差螺杆泵的工作压力差 p 由排放载荷决定，排放阻力越大，工作压差 p 越大。 3、扬程螺杆与衬套啮合后，在长度等于导程 T 的每一段啮合副上形成的啮合线承受压差，即为单级压力 p 或单级扬程 H。常用橡胶衬套泵的 p 为 0. 4 一 0. 6MPa。潜水式螺杆泵的衬套一般选用天然橡胶 (NR)或丁睛橡胶 (NBR)，选定额定扬程为H = 50m。单螺杆泵的理论流量一理论扬程 (qvT-HT)曲线是一条直线，流量不随扬程变化而变化，即 qvT 为常数。但实际上随着压力的增大，通过螺杆一衬套副的漏损是增大的，所以单螺杆泵的实际流量是随着泵扬程的增大而减小的，其qv-H 曲线呈与离心泵、旋涡泵等的 qv-H 曲线类似的下降型抛物线 ;其流量一轴功率 (qv-P)曲线呈与离心泵相反，与旋涡泵相同的下降型抛物线，其中 qv=0 时达到 Pmax 值，故螺杆泵一般要求出口开阀启动。螺杆泵的漏损可看成是与流量反方向的圆环流动，由流体力学伯努力方程和达西公式等，可推出一个导程内总流动损失 )/( gpihf 和 gvhf 2/2 ，其中，为液体的密度，为总阻力系数，为泄漏速度，则可推得泵扬程 2kvH ，其中， k 为综合系数。由此可以推断单螺杆泵满足或近似满足扬程相似定律，比转速这个综合特征系数的概念亦适用于单螺杆泵。本文给出的潜水螺杆泵性能曲线均由国家专业检测机构测试，并且是采用比例定律换算至额定转速下的最后数据。 4、转速与比转速单螺杆泵的转速选择范围较大，笔者统计到的产品转速范围 n=200 一nts四川大学锦城学院本科毕业设计 11 3000r/min. 离心泵比转速范围 sn 30-300;旋涡泵 sn 7 一 30;而螺杆泵的比转速下限更小，笔者统计到的单级最小比转速 sn 1. 641。一般单螺杆泵比转速范围sn 1.5-30. 5、轴功率螺杆泵轴功率包括液力功率 thN 和摩擦功率 N，当压力和流量一定时，液力功率是确定的。摩擦功率由运动件的摩擦产生，摩擦功率随工作压力的升高而增加，流体的粘度也增加摩擦功率的消耗。确定了介质粘度、泵的工作压力与流量，就可得出泵所需的轴功率 N。 6、泵效率及泵容积效率螺杆泵的效率和泵机械效率、水力效率及容积效率相关，其中与容积效率关系最为密切。 GB9064-88 规定 :在额定转速下，规定压力点的体积流量与零压点的体积流量之比为泵容积效率。衬套与螺杆之间的配合间隙又是影响容积效率的最主要因素。试验研究表明 :间隙越小 (过盈配合少，泵流量、扬程及效率均提高，反之则相反。有研究表明 :此间隙不能过小，应适当选取。如果过盈量太大，造成启动力矩过大，电动机无法启动，也加大了螺杆与衬套之间的磨损。如果衬套选用一般橡胶材料，温差造成材料的热胀冷缩也会影响到此间隙。 2.4 应用特点单螺杆泵具有结构紧凑、径向尺寸小、压力和排盆无脉动、噪声低、自吸性能强、输送介质时搅动小等优点，可用于输送含有固体颗粒的液体、酸碱盐液体、各种不同粘度液体、纸浆、软青、污油、泥浆、水泥砂浆等，广泛应用于环保、生物工程、污物处理、采矿、石油化工、食品、制糖、制药、造纸、染料、建筑等工业。螺杆泵的特点由于单螺杆泵它在输送介质的进程中具有不受搅动、脉动小等特点，单螺杆泵广泛用于输送牛奶、啤酒以及一些乳化液等。也正是由于这些单螺杆泵的特点，螺杆泵还广泛用于废水处理系统的油水分离装置，使废水中的油不易乳化，更容易、更干净地被分离出来，优于目前选用较多的柱塞泵。必须指出应用于食品、医药等领域，不锈钢螺杆泵必须符合有关卫生的严格规定。其定子必须选用无毒、无味的橡胶，与输送介质相接触的零件都应不被腐蚀，泵内部空间的流道应光滑，采用不必拆卸用流动和漂流即能冲洗干净，确保泵内无残留物和细菌的滋生。然而，即使是采用了无毒、无味的橡胶定子，其磨屑不可避免地仍会混入输送的介质中，这对食品和药品等介质，从环保的要求看是并不合适的。目前有些国家的这些领域已采用双螺杆泵或罗茨泵替代单螺杆泵，尽管它们的价格较高，但对食品和药品更为安全。 nts四川大学锦城学院本科毕业设计 12 此外，单螺杆泵的特点可以实现液体、气体和固体多相混输，这是绝大多数的其他泵类无法实现的，故有着巨大的意义。它还可以替代投加各种化学添加剂的柱塞计量泵，计量精度相当可靠，可以达到 98%。单螺杆泵和其他类型泵相比，自吸能力强，通常对介质为清水的吸上高度可达 6m，对某些介质在某些转速下最高可达 8.5m,这也拓宽了它的使用领域 ,完全可以当作自吸泵使用。单螺杆泵的用途在舰船上的使用较晚，应用较多的是处理舱底油污系统的油水分离装置 (流量通常小于 10m3/h，排出压力为 0.2/mPa 左右，转速一般为200r/min 左右 )、污物污水处理装置和废物焚烧炉系统等中作输送泵，在粪便焚烧系统大都采用微型单螺杆泵 (转速降为 5060r/min，此时流量 lL/min、排出压力为 0.2MPa 左右，吸上高度约 2m)，这些泵由于转速低，寿命就很长。此外，还有用作渣油泵、舱底泵、海水泵、甲板冲洗泵和货油泵等，通常都用于低压小流量工况。单螺杆泵的特点是制造较为容易，适用领域广泛，因此很有竞争能力。其最大的缺点是以橡胶等为材质的定子使用寿命不够长，且由于是偏心转子，绝大部分产品的轴向尺寸较大，振动也相对较大，此外其起动力矩值通常也较高等。这些缺点需要进一步研究加以改进。 2.5 单螺杆泵的特性 1、自吸特性泵借助大气压力从比其位置低的油箱中自行吸油的能力，称为泵的自吸能力。单螺杆泵的自吸引特性是由于其特殊的过盈螺旋接触密封线而形成的，所以其吸入管路无需依靠单向阀门或其它附加装置。单螺杆泵具有很好的自吸能力，其吸入高度可达 6m(介质为清水 )。 2、输液特性液体经泵进口管进入，流经转子、定子液力部件最后到出口管路，整个过程没有激烈的湍流和搅动及脉动，所以单螺杆泵特别适合于输送敏感性的流体，如乳胶等。单螺杆泵的液体流速比其他泵种流速低，而且泵部件间没有复杂的间隙和公差问题，其转子是在弹性定子腔内滚动，而定子的硬度又可根据输送介质的特性来选定，所有这些因素结合起来，使得单螺杆泵非常适合输送含有固体颗粒的悬浮液、含有短纤维的悬浮液及软性和硬性的固体液 (稠度很高的淤泥、泥浆等 )。 2.6 单螺杆泵的选用 1、根据介质粘度选择泵的转速为了确保能在高粘度下有效地泵送液体，必须选择合适的转速，否则泵在工作时易出现脉动、发热、气穴及振动等现象，引起泵的损坏。螺杆泵的允许圆周nts四川大学锦城学院本科毕业设计 13 速度或转速受到机械和流体力学两方面条件的限制。机械方面，螺杆型面之间的最大允许滑动速度为 12m/s，最大允许转速由该值经换算后得到。从流体力学的观点看，螺杆泵的允许转速要受到其气蚀余量的限制，即要受到介质的粘度和轴向流速的影响。这个允许速度值总是低于最大允许机械速度值，只有当泵的进口条件为正压力时，才可能采用最大允许机械速度值。所产生的摩擦力是介质粘度和螺杆转速的函数，其关系式如下 : kwnnPP Rm 0.25.112121 / （ 2-3）式中 : mP 克服摩擦力所做的功 ; 介质的粘度 ; N-螺杆的转速。下标 1 和下标 2 分别代表已知值和新值或计算值。从（ 2-3）式可以看出，螺杆泵克服摩擦力所作的功与输送介质粘度比的平方根及螺杆转速比的 1.5-2.0 次方成正比。不同的介质粘度对应的泵转速推荐值如表 1 所示。表 1 不同的介质粘度对应的泵的特性介质粘度 mpas 1 1000 1000 10000 10000 100000 100000 1000000 转速 r/min 400700 以下 200400 以下 200 以下 100 以下 2、根据介质磨耗性选择转速和压力利用单螺杆泵输送含固体颗粒的水泥浆、地下工程施工浆、汰白粉糊及涂料等介质时，遇到的比

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