螺桿泵選型及分類

螺桿泵選型及分類

上海意嘉泵業(yè)生產(chǎn)的螺桿泵屬容積式轉(zhuǎn)子泵，誕生于1931年。由于結(jié)構(gòu)獨(dú)特，有自吸能力、效率高、體積小、工作可靠，且可輸送粘度范圍寬廣的各種介質(zhì)，螺桿泵被廣泛應(yīng)用于石油化工、航運(yùn)、電力、機(jī)械液壓系統(tǒng)、食品、造紙、污水處理等工業(yè)部門。

作為節(jié)能和節(jié)材產(chǎn)品，螺桿泵在我國的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，需求量連年增長，越來越受到重視。雖然我國國內(nèi)的螺桿泵與國外專業(yè)公司相比還存在差距，但隨著我國螺桿泵科研力量的投入及應(yīng)用實(shí)踐的增多，螺桿泵在替代原來傳統(tǒng)技術(shù)方面必將取得良好的使用效果，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材效益。

螺桿泵的分類

螺桿泵的家族雖然稱不上龐大，但是按照螺桿的標(biāo)準(zhǔn)，它也可以分為不同的類型。本文著重介紹最為常用的單螺桿泵、雙螺桿泵以及三螺桿泵。

1、 單螺桿泵：

單螺桿泵是一種新型的內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)式容積泵。主要工作部件是偏心螺桿（轉(zhuǎn)子）和固定的襯套（定子）。

與其他泵相比，單螺桿泵有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢：

和離心泵相比，單螺桿泵不需要裝閥門，而流量是穩(wěn)定的線性流動(dòng)。

和柱塞泵相比，單螺桿泵具有更好的自吸能力。

和隔膜泵相比，單螺桿泵可輸送各種混合雜質(zhì)，含有氣體及固體顆?；蚶w維的介質(zhì)，也可輸送各種腐蝕性物質(zhì)。

和齒輪泵相比，單螺桿泵可輸送高粘度的物質(zhì)。

與柱塞泵、隔膜泵及齒輪泵不同的是，單螺桿泵可用于藥劑填充和計(jì)量。

2.雙螺桿泵：

單從結(jié)構(gòu)上而言，雙螺桿泵是外嚙合的螺桿泵。它利用相互嚙合，互不接觸的兩根螺桿來抽送液體。在結(jié)構(gòu)型式上雙螺桿泵也很齊全，有臥式、立式、帶加熱套等各種類型，可以輸送有顆粒的低粘度或高粘度介質(zhì)，根據(jù)顆粒大小調(diào)節(jié)螺桿間距，選用正確的材質(zhì)，甚至可以輸送許多腐蝕性介質(zhì)。

雙螺桿泵作為一種容積式泵，泵內(nèi)吸入室應(yīng)與排出室嚴(yán)密地隔開。這就要求泵體與螺桿外圓表面及螺桿與螺桿間隙應(yīng)盡可能小些。同時(shí)螺桿與泵體、螺桿與螺桿間又相互形成密封腔，保證密閉，否則就可能有液體從間隙中倒流回去。

雙螺桿泵獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使它可以實(shí)現(xiàn)無攪拌、無脈動(dòng)、平穩(wěn)的輸送各種介質(zhì)；由于泵體結(jié)構(gòu)保證泵的工作元件內(nèi)始終存有泵送液體作為密封液體，因此雙螺桿泵有很強(qiáng)的自吸能力，且能汽液混輸。雙螺桿泵的特殊設(shè)計(jì)還保證了泵有高的吸入性能即很小的NPSHr值。

雙螺桿泵又可分為內(nèi)置軸承和外置軸承兩種形式。在內(nèi)置軸承的結(jié)構(gòu)型式中軸承由輸送物進(jìn)行潤滑。外置軸承結(jié)構(gòu)的雙螺桿泵則是工作腔同軸承分開。這種泵的結(jié)構(gòu)和螺桿間存在側(cè)間隙，獨(dú)立潤滑的外置軸承允許其輸送各種非潤滑性介質(zhì)。此外，調(diào)整同步齒輪使得螺桿不接觸，同時(shí)將輸出扭矩的一半傳給從動(dòng)螺桿。如所有螺桿泵一樣，外置軸承式雙螺桿泵也有自吸能力，而且多數(shù)泵輸送元件本身都是雙吸對稱布置，可消除軸向力，也有很大的吸高。

外置軸承的雙螺桿泵結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)大大拓寬了雙螺桿泵的使用范圍，即：除了輸送潤滑性良好的介質(zhì)外，還可輸送大量的非潤滑性介質(zhì)，各種粘度（最高粘度可達(dá)3*106mm/s）的介質(zhì)以及具有腐蝕性（酸、堿等性質(zhì)），磨蝕性的液體；

另外雙螺桿泵由于其恒定間隙的存在以及型線上的特點(diǎn)，其屬于非密封型容積泵，因此除了輸送純液體外，還可輸送氣體和液體的混合物，即汽液混輸，這也是雙螺桿泵非常獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)之一；雙螺桿泵還可干轉(zhuǎn)：由于運(yùn)動(dòng)部件在工作時(shí)互不接觸，因此短時(shí)的干轉(zhuǎn)不會(huì)破壞泵元件，這種特點(diǎn)給自動(dòng)控制的流程提供了極大的方便，但干運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間受多種因素限制，一般很短。另外雙螺桿泵在輸送過程中無剪切，無乳化作用，因此不會(huì)破壞分子鏈結(jié)構(gòu)和工況流程中所形成的特定的流體性質(zhì)，并且由于傳動(dòng)依靠同步齒輪，泵運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低，振動(dòng)小，工作平穩(wěn)。

外置軸承式雙螺桿泵的種種特性使它在油田化工和船舶工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。它還可根據(jù)各種使用情況分別采用普通鑄鐵、不銹鋼等不同材料制造；輸送溫度可達(dá)250℃；而且具有不同方式的加熱結(jié)構(gòu)，理論流量可達(dá)2000立方米/小時(shí)。

3. 三螺桿泵：

三螺桿泵是轉(zhuǎn)子式容積泵，它是利用螺桿嚙合原理，依靠旋轉(zhuǎn)的螺桿在泵套內(nèi)相互嚙合。

它主要是由固定在泵體中的襯套(泵缸)以及安插在泵缸中的主動(dòng)螺桿和與其嚙合的兩根從動(dòng)螺桿所組成。三根互相嚙合的螺桿，在泵缸內(nèi)按每個(gè)導(dǎo)程形成為一個(gè)密封腔，造成吸排口之間的密封。

三螺桿泵把被輸送的介質(zhì)封閉在嚙合腔內(nèi)，沿螺桿軸向連續(xù)勻速地推至排出口，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力。工作時(shí)，兩端分別作用液體的吸排壓力，對螺桿產(chǎn)生軸向推力。此外，還通過主動(dòng)螺桿的中央油孔將 高壓油引入各螺桿軸套的底部，從而在螺桿下端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與軸向推力方向相反的平衡推力。所以，對于壓差小于10千克力/cm2的小型泵，可以采用止推軸承。

由于兩從動(dòng)螺桿與主動(dòng)螺桿左右對稱嚙合，三螺桿泵作用在主動(dòng)螺桿上的徑向力完全平衡，主動(dòng)螺桿不承受彎曲負(fù)荷。從動(dòng)螺桿所受徑向力沿其整個(gè)長度都由泵缸襯套來支承，不需要在外端另設(shè)軸承，基本上也不承受彎曲負(fù)荷。在運(yùn)行中，螺桿外圓表面和泵缸內(nèi)壁之間形成的一層油膜，可防止金屬之間的直接接觸，使螺桿齒面的磨損大大減少。

三螺桿泵和其它容積泵一樣，當(dāng)泵的排出口完全封閉時(shí)，泵內(nèi)的壓力就會(huì)上升到使泵損壞或使電動(dòng)機(jī)過載的危險(xiǎn)程度。所以，在泵的吸排口處，就必須設(shè)置安全閥。軸封通常采用機(jī)械軸封，并可根據(jù)工作壓力高低采取不同的形式。

三螺桿泵顯著的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、壓力脈動(dòng)小、流量穩(wěn)定、工作平穩(wěn)可靠、允許高轉(zhuǎn)速、噪音低、效率高、壽命長，有自吸能力。根據(jù)所輸送介質(zhì)需要，螺桿泵裝置可提供加熱或冷卻結(jié)構(gòu)。它適用于輸送各種無腐蝕性油類及類似油和潤滑性液體。輸送液體的粘度范圍一般為3.0~760mm2/s(1.2~100°E)，高粘度介質(zhì)可通過加溫降粘后輸送，其溫度一般不超過150℃。其流量范圍一般為0.2~250m3/h，最高工作壓力可達(dá)4MPa。

目前，三螺桿泵廣泛應(yīng)用于石油、化纖、冶金、機(jī)械、電力、機(jī)床、船舶、玻璃、公路等各行各業(yè)。三螺桿泵適用于輸送燃料油、潤滑油、液壓油、原油、瀝青及其他類似油的潤滑性液體。三螺桿泵在工業(yè)領(lǐng)域中作潤滑泵，在液壓系統(tǒng)中作液壓泵，在燃油系統(tǒng)中作輸送及增壓泵；在輸油系統(tǒng)中作輸送及加油泵。

 
螺桿泵的工作原理及性能

雖然螺桿泵有著不同的類型，應(yīng)用于不同領(lǐng)域螺桿泵的特點(diǎn)也不盡相同。但從根本而言，螺桿泵的基本工作原理是一致的。

1、螺桿泵的基本工作原理
螺桿泵是利用螺桿的回轉(zhuǎn)來吸排液體的。中間螺桿為主動(dòng)螺桿，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)，兩邊的螺桿為從動(dòng)螺桿，隨主動(dòng)螺桿作反向旋轉(zhuǎn)。

各螺桿相互嚙合，螺桿與襯筒內(nèi)壁緊密配合，在泵的吸入口和排出口之間， 就會(huì)被分隔成一個(gè)或多個(gè)密封空間。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和嚙合，這些密封空間在泵的吸入端不斷形成，將吸入室中的液體封入其中，并自吸入室沿螺桿軸向連續(xù)地推移至排出端，將封閉在各空間中的液體不斷排出。這就是螺桿泵的基本工作原理。

從上述工作原理可以看出，可以更清晰地了解螺桿泵的優(yōu)點(diǎn)：

壓力和流量范圍寬闊；運(yùn)送液體的種類和粘度范圍寬廣；因?yàn)楸脙?nèi)的回轉(zhuǎn)部件慣性力較低，故可使用很高的轉(zhuǎn)速；吸入性能好，具有自吸能力；流量均勻連續(xù)，振動(dòng)小，噪音低；與其它回轉(zhuǎn)泵相比，對進(jìn)入的氣體和污物不太敏感；結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，安裝保養(yǎng)容易。

相應(yīng)地，螺桿泵存在的缺點(diǎn)也比較明顯：螺桿的加工和裝配要求較高；泵的性能對液體的粘度變化比較敏感。

2、螺桿泵的性能
螺桿泵的性能參數(shù)有兩項(xiàng)：排量、功率。

螺桿泵的理論排量可由下式計(jì)算：Qt=60Ftn m3/h；其內(nèi)部泄漏量一般用Qs來表示：Qs=αp/σm。

泵在壓送不同粘度的液體時(shí)，其排量會(huì)發(fā)生變化。

排量和粘度的關(guān)系可由下式表示：Q2=Qt-(Qt-Q1)(σ1/σ2)m

螺桿泵的軸功率一般為水功率、摩擦功率和泄漏損失功率這三部分的總和。

水功率是指單位時(shí)間內(nèi)泵傳給液體的能量，也稱輸出功率；摩擦功率是指液體粘性阻力產(chǎn)生的摩擦損失；泄漏損失是指液體從高壓處漏回低壓處所造成的功率損失。 當(dāng)泵運(yùn)送的液體粘度不同時(shí)，泵的軸功率也將不同。

 
螺桿泵的選型

螺桿泵應(yīng)用廣泛，有“螺桿泵可以輸送任何介質(zhì)”的說法。但這不是說某一種螺桿泵可輸送所有的介質(zhì)，而是根據(jù)介質(zhì)的特性和性能參數(shù)數(shù)要求可以選擇螺桿泵的不同類型。如果無意中挑選到不合適的泵螺桿泵，很有可能會(huì)帶來不必要的麻煩。單螺桿泵、雙、三和五螺桿泵，各有優(yōu)點(diǎn)，在推廣應(yīng)用螺桿泵時(shí)必須有選擇，只有充分利用其各自的特點(diǎn)，才能更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材、增效益或滿足某種特殊要求。下面以常見的單螺桿泵、雙螺桿泵以及三螺桿泵為例介紹一些螺桿泵選型中的技巧。

單螺桿泵的選型要點(diǎn)
單螺桿泵的選擇主要集中在以下幾個(gè)參數(shù)上：

1.單螺桿泵的壓力確定：
單螺桿泵最大輸出壓力是根據(jù)襯套級(jí)數(shù)即襯套（定子）的導(dǎo)程數(shù)來確定：

1級(jí)：最高工作壓力為0.6 MPa；

2級(jí)：最高工作壓力為1.2 MPa；

4級(jí)：最高工作壓力為2.4 MPa；

由于輸送介質(zhì)情況不同，對于含有嚴(yán)重磨損性的介質(zhì)，根據(jù)輸送壓力要求來選擇合適的定子級(jí)數(shù)。

2.單螺桿泵轉(zhuǎn)速的選擇：
單螺桿泵由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大部分使用在輸送較高粘度的液體及含有顆粒的液體，因此其轉(zhuǎn)數(shù)的選擇非常關(guān)鍵。對于單螺桿泵轉(zhuǎn)速的選擇則主要依據(jù)介質(zhì)的磨損性以及介質(zhì)粘度。

3.單螺桿泵襯套橡膠材料的選擇：
單螺桿泵襯套為橡膠制品，也是單螺桿泵的一個(gè)易損件，它的選擇好壞，直接影響襯套的壽命，一般正常情況下襯套的壽命為3-6個(gè)月，如果選用不當(dāng)，襯套可能從鋼管中脫落或橡膠掉塊。

4.材料組合選擇：
輸送不同性質(zhì)的介質(zhì)，需不同材料組合。

5.性能：
一般單螺桿泵的性能表或特性曲線都是以20℃清水為介質(zhì)（粘度為1cst）時(shí)的數(shù)據(jù)，對于輸送不同粘度下的流量與軸功率不同。

6.軸封：
根據(jù)需要和輸送介質(zhì)，可采用機(jī)械密封和填料密封兩種，且這兩種結(jié)構(gòu)具有互換性。

7.泵的驅(qū)動(dòng)方式：
由于單螺桿泵為低速泵，泵的驅(qū)動(dòng)方式較多，一般有低速電機(jī)直聯(lián)（6級(jí)、8級(jí)）、齒輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)、無級(jí)變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)等方式。

雙螺桿泵選型技巧：

雙螺桿泵、三螺桿泵統(tǒng)稱為多螺桿泵。多螺桿泵發(fā)明以來，已廣泛用于泵送原油、燃料油、潤滑油、動(dòng)力液、食品、化學(xué)劑及合成纖維漿。目前全球約有上百萬臺(tái)多螺桿泵在運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)用如此廣泛的多螺桿泵在選擇上當(dāng)然也很為慎重。

對于雙螺桿泵的選擇也即是對其性能參數(shù)的選擇：

1.流量：
作為容積式泵，影響雙螺桿泵流量的因素主要有轉(zhuǎn)速、壓力以及介質(zhì)的粘度。

螺桿泵在工作時(shí)，兩螺桿及襯套之間形成密封腔，螺桿每轉(zhuǎn)動(dòng)一周便由進(jìn)口向出口移出一個(gè)密封腔，即一個(gè)密封腔體積的液體被排出去。在泵內(nèi)部不出現(xiàn)泄漏的理想狀態(tài)下，泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比。

但實(shí)際工作過程中，泵的密封腔有一定的間隙，且密封腔前、后存在壓差，因此，有一部分液體回流，即存在泄漏。隨著密封腔前、后壓差升高，泄漏量逐漸增大。對于不同型線和結(jié)構(gòu)，影響大小也各不相同。

對于雙螺桿泵，粘度大的流體比粘度小的液體的泄漏要小，泄漏量與介質(zhì)粘度有一定的比例關(guān)系。

2.壓力：
雙螺桿泵的工作壓力由出口負(fù)載決定，即出口阻力來決定。出口阻力與泵的出口處的壓力是匹配的，出口阻力越大，工作壓力也越大。若想知道壓力，則需要用流體力學(xué)的知識(shí)對出口阻力精確的計(jì)算。

3.軸功率：
泵的軸功率分為兩部分，即：液壓功率（壓力液體的能量）和摩擦功率。 對于確定的壓力和流量，其液壓功率是一定的，因此影響軸功率的因素為摩擦率。

摩擦功率是由于運(yùn)動(dòng)部件的摩擦而消耗的那部分功率。顯然摩擦功率是隨著工作壓差的增加而增加的，并且介質(zhì)粘度的增加也會(huì)引起液體摩擦功率的增加。因此在選擇配套電機(jī)時(shí)，介質(zhì)的粘度也是一個(gè)非常重要的參考數(shù)據(jù)。尤其在輸送高粘度介質(zhì)時(shí)，需要作比較精確的計(jì)算。

4.吸上性能：
泵工作分為以下幾個(gè)階段：吸入，此時(shí)液體連續(xù)不斷地沿吸入管道移動(dòng)；旋轉(zhuǎn)的螺桿把能量傳給工作液體；壓出，此時(shí)液體帶有克服壓出管道系統(tǒng)所有阻力所必需的壓力從泵中排出。

在以上三個(gè)階段中，最為重要的階段是必須保證泵的吸上條件，泵才能正常工作，這是泵工作的重要條件，否則就會(huì)發(fā)生氣蝕，即引起振動(dòng)，噪音等問題。

5.汽蝕余量：
泵的汽蝕余量與泵的轉(zhuǎn)速，導(dǎo)程以及泵所輸送介質(zhì)的粘度等因素都有關(guān)系，它隨軸向流速，工作粘度的增大而增大。在吸入條件不好的情況下，宜選擇小導(dǎo)程的雙螺桿泵。這在選型時(shí)是很重要的。

6.雙螺桿泵的轉(zhuǎn)速選擇常牽涉以下問題：
通過選擇合適的泵轉(zhuǎn)速，以達(dá)到適當(dāng)?shù)男阅軈?shù)如流量等。

隨著粘度的不同，泵的轉(zhuǎn)速亦應(yīng)有所改變。

轉(zhuǎn)速的選擇實(shí)質(zhì)也是吸上性能的問題，尤其是在高粘度的情況下，如果轉(zhuǎn)速選得過高，就會(huì)引起吸入不足，從而產(chǎn)生噪音和振動(dòng)等問題。因此需遵照有關(guān)原則選擇轉(zhuǎn)速。

綜上所述，要綜合地考慮以上各種因素，通過一系列的計(jì)算才能精確地知道泵的實(shí)際流量是否符合工況要求。

三螺桿泵的選型常識(shí)：

盡管三螺桿泵有諸多優(yōu)勢，但若選型不當(dāng)，則不僅得不到滿意的運(yùn)行效果，而且會(huì)導(dǎo)致泵的噪音和振動(dòng)，甚至嚴(yán)重?fù)p壞泵的內(nèi)部零件，使泵系統(tǒng)不能正常工作，因此，選型人員應(yīng)多方慎重考慮，合理選型，必要時(shí)應(yīng)向有關(guān)技術(shù)人員咨詢。

三螺桿泵選型時(shí)，要盡可能詳盡地了解泵的使用條件，除了運(yùn)行參數(shù)，如流量，壓力需要清楚以外，輸送介質(zhì)的特性如介質(zhì)的腐蝕性，含汽量，含固溶物的比率及固體顆粒的大小，以及介質(zhì)的工作溫度，粘度，比重，對材料的腐蝕性等和泵裝置的吸入條件，安裝條件均要了解。

類似于單螺桿泵和雙螺桿泵，三螺桿泵的選擇也主要從性能參數(shù)上去考慮。

泵轉(zhuǎn)速的選擇主要是依據(jù)被輸送介質(zhì)粘度和規(guī)格來確定其范圍。

輸送高粘度介質(zhì)時(shí)，泵應(yīng)選低轉(zhuǎn)速，若粘度較低，相應(yīng)可選擇高轉(zhuǎn)速：介質(zhì)粘度>20°E時(shí)，對于大規(guī)格的泵（主桿外徑60mm以上），轉(zhuǎn)速以970rpm或720rpm為宜，如果粘度更高（粘度>80°E）如粘膠液，可降低轉(zhuǎn)速使用，推薦200-500rpm；對于小規(guī)格的泵，介質(zhì)粘度〉20°E時(shí)，轉(zhuǎn)速以1450rpm或970rpm為宜，如果粘度更高（粘度>80°E），可降低轉(zhuǎn)速使用，推薦300-600rpm；

由于泵的轉(zhuǎn)速越高，在相同性能參數(shù)下，泵的體積就越小，但由于轉(zhuǎn)速高，摩擦功率高，泵的磨損就大，壽命就短，如果輸送介質(zhì)的潤滑性比較差或含有微量雜質(zhì)，應(yīng)選擇較低轉(zhuǎn)速，以使泵保持較長的壽命，推薦在1450rpm以下。

結(jié)構(gòu)的選擇可根據(jù)泵的安裝和使用條件參考三螺桿泵的系列和型式來進(jìn)行，這其中又有四個(gè)可參考的原則：輸送潤滑性油類，溫度在80℃以下選擇內(nèi)置軸承結(jié)構(gòu)的泵；溫度超過80℃或輸送介質(zhì)潤滑性差時(shí)，選擇外置軸承結(jié)構(gòu)的泵；輸送流動(dòng)性差，粘度較高的介質(zhì)或需要所輸送介質(zhì)進(jìn)行加熱或保溫時(shí)選擇雙層加熱泵體結(jié)構(gòu)的泵；高溫輸送時(shí)，應(yīng)選擇耐高溫的材料所制成的泵。

另外，根據(jù)不同的情況，要綜合考慮泵的材料組合、吸入能力、配套電機(jī)的選配的因素。只要選型得當(dāng)，維護(hù)合理，三螺桿泵就可保證令人滿意的運(yùn)行。

螺桿泵的驅(qū)動(dòng)方式示意圖：

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