SNH940R54E6.7W23【三螺桿泵】泵業(yè)

     1. 解決軸向力的平衡 泵在高壓工況下運(yùn)行,螺桿所受的軸向力是很大的,必須采用平衡軸向力的結(jié)構(gòu),泵才能正常運(yùn)行。

     為平衡軸向力通常采用平衡活塞結(jié)構(gòu),并采用液力卸載的方法,即從排出腔引一股高壓液流至螺桿的底部使軸向力平衡,這種平衡方法使螺桿處于受壓狀態(tài)。對(duì)大流量低壓三螺桿泵,由于螺桿粗而短,且在低壓工況下運(yùn)行,軸向壓力相對(duì)較小,故螺桿變形也較小,而且低壓工況允許螺桿螺旋型面之間及螺桿螺旋外圓表面與襯套內(nèi)孔之間有較大的間隙,故這種平衡軸向力的結(jié)構(gòu)對(duì)泵的影響較小。但在高壓工況下的泵,由于密封腔數(shù)隨工作壓力增加而增加,這樣高壓三螺桿泵的螺桿工作長度就較長,因此,當(dāng)高壓引起的軸向壓力作用于螺桿兩端,將使螺桿產(chǎn)生較大的彎曲變形;尤其是高壓小流量泵,螺桿為細(xì)長形,更易變形。其結(jié)果是螺旋面之間不能正常嚙合,油膜破壞,產(chǎn)生嚴(yán)重磨損,甚至在運(yùn)行時(shí)因螺桿變形而出現(xiàn)“咬死”現(xiàn)象。為了避免產(chǎn)生這種現(xiàn)象,就必須增大螺旋型面之間的間隙及螺旋外圓與襯套內(nèi)孔之間的間隙。顯然,其代價(jià)是降低了泵的容積效率。

     為克服上述軸向力平衡結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn),國外一些產(chǎn)品采用了一種新的結(jié)構(gòu),使螺桿從受壓變?yōu)槭芾鞝顟B(tài)。這種結(jié)構(gòu)即使在高壓工況下,螺桿基本上沒有變形,從而解決了圖1結(jié)構(gòu)的問題,使高壓三螺桿泵在達(dá)到較高容積效率的同時(shí),運(yùn)行更為可靠。

     然而,筆者在設(shè)計(jì)高壓三螺桿泵時(shí),發(fā)現(xiàn)此結(jié)構(gòu)存在一個(gè)明顯的缺點(diǎn)。因?yàn)閺膭?dòng)螺桿的平衡活塞襯套是易磨損件,常需更換,從圖2可以看出,改進(jìn)后的結(jié)構(gòu),襯套處于靠近電動(dòng)機(jī)端的泵蓋排出腔處,若更換該襯套,必須將電動(dòng)機(jī)從機(jī)座上卸掉,幾乎需把整臺(tái)泵拆開才行。而圖1結(jié)構(gòu)的泵,這些平衡活塞襯套處于泵后蓋的吸入腔處,更換時(shí)只需拆卸泵的后蓋,十分方便。

     為此我們?cè)O(shè)計(jì)了的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)非常簡單,主要是把圖1結(jié)構(gòu)中采用的靠近電動(dòng)機(jī)端泵前蓋處的排出腔改變?yōu)槲肭?靠近泵后蓋處的吸入腔改變?yōu)榕懦銮?當(dāng)然螺桿泵機(jī)械密封采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)需要考慮高壓介質(zhì)經(jīng)三螺桿泵定子過從動(dòng)螺桿平衡活塞襯套的回流。此外,可知,因機(jī)械密封腔處于高壓狀態(tài),尚需考慮機(jī)械密封腔內(nèi)介質(zhì)的回流(腔內(nèi)保持較低的壓力)。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)使機(jī)械密封腔處于吸入真空壓力下。由于吸入壓力較低,且進(jìn)口介質(zhì)處于較低溫度的流動(dòng)狀態(tài)下,帶走了部分熱量,不需考慮機(jī)械密封發(fā)熱的問題。經(jīng)試驗(yàn)證明,圖3結(jié)構(gòu)運(yùn)行可靠合理。

     2. 減小從動(dòng)螺桿與螺桿襯套內(nèi)孔的支承螺桿泵機(jī)械密封壓力 泵在高壓狀態(tài)下運(yùn)行,螺桿承受的軸向力和徑向力都較大。軸向力可采用上述方法平衡。而徑向力對(duì)主動(dòng)螺桿來說,由于從動(dòng)螺桿對(duì)稱布置在兩邊,且同一軸截面的主動(dòng)螺桿的兩個(gè)螺旋槽內(nèi)的壓力相同,因此主動(dòng)螺桿承受的徑向力趨于平衡,不會(huì)出現(xiàn)主動(dòng)螺桿被推向螺桿襯套內(nèi)孔的情況。然而,徑向力從動(dòng)螺桿不存在自然平衡,從動(dòng)螺桿只有一側(cè)與主動(dòng)螺桿嚙合,徑向力將從動(dòng)螺桿推向襯套內(nèi)孑L壁的一側(cè)。運(yùn)行表明:螺桿襯套的磨損處正是徑向力作用的方向。

     顯然,從動(dòng)螺桿受到的徑向力,是通過從動(dòng)螺桿螺旋外圓表面作用于螺桿襯套內(nèi)孔壁面的,即其螺旋外圓表面就是徑向力的支承面。由于對(duì)同一壓力,支承面的面積越大,則支承面承受排泵的徑向力壓強(qiáng)就越小。因此,高壓工況的泵,應(yīng)采取適當(dāng)擴(kuò)大從動(dòng)螺桿徑向力的支承面積,以減小其徑向力壓強(qiáng),即采取較寬的螺旋外圓表面,較狹的螺旋槽,以減小襯套的單位面積磨損率。這意味著設(shè)計(jì)時(shí)需采取較小的從動(dòng)螺桿軸截面齒形根圓所對(duì)的中心角α。

     雖然據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)理論,擺線嚙合三螺桿泵構(gòu)成螺桿螺旋型面的幾何要素是固定不變的,圖4中從動(dòng)螺桿螺旋橫截面的α角通常定為32°24’。但實(shí)際上,三螺桿泵螺桿工作長度部分的過流斷面面積僅與螺桿的節(jié)圓直徑d一有關(guān),而與α角無關(guān),即泵的理論流量與α角的大小無關(guān)

     3. 適當(dāng)減小螺桿螺旋導(dǎo)程的大小 高壓工況下,要求螺桿嚙合的密封腔數(shù)較多,而密封腔的長度取決于螺桿螺旋的導(dǎo)程。若采用通常導(dǎo)程h=3/10dh的長導(dǎo)程,則高壓三螺桿泵的螺桿長度勢必很長,這樣不僅影響螺桿的精度與剛度,也影響提高泵體剛度所需要的緊湊結(jié)構(gòu)。故采用較短導(dǎo)程的螺旋對(duì)高壓泵較為有利。但導(dǎo)程縮短,節(jié)圓直徑不變,會(huì)使流量下降;要保持流量不變,必須增大節(jié)圓直徑。更主要的是采用成型銑加工螺桿螺旋,導(dǎo)程縮短到一定程度,就會(huì)受到從動(dòng)螺桿螺旋的齒形限制,加工時(shí)會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。通常的導(dǎo)程為h≥5/3dh。。若采用旋風(fēng)切削方式加工螺旋型面,則可使h進(jìn)一步縮短,筆者曾設(shè)計(jì)h=dn的產(chǎn)品,采用旋風(fēng)切削加工。螺桿短而粗,從而降低了精度要求。當(dāng)然這種加工方式不適宜于批量生產(chǎn),因?yàn)樯a(chǎn)三螺桿泵螺桿效率較低。
 

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