雙端迷宮螺旋泵技術(shù)介紹

1、1雙端迷宮螺旋泵技術(shù)介紹雙端迷宮螺旋泵技術(shù)介紹黎鏡中 北京化工大學(xué)北京化工大學(xué) 機電工程學(xué)院機電工程學(xué)院 2一、前言一、前言 迷宮螺旋泵的研究開始于二十世紀(jì)六十年代初，至今迷宮螺旋泵的研究開始于二十世紀(jì)六十年代初，至今公開發(fā)表的有關(guān)迷宮螺旋泵的文獻極為有限。公開發(fā)表的有關(guān)迷宮螺旋泵的文獻極為有限。 在國外僅有前蘇聯(lián)發(fā)表過很少的資料及進行過相關(guān)產(chǎn)品在國外僅有前蘇聯(lián)發(fā)表過很少的資料及進行過相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)。的開發(fā)。 在國內(nèi)我院是唯一得到國家自然科學(xué)基金資助及中國石在國內(nèi)我院是唯一得到國家自然科學(xué)基金資助及中國石油化工集團公司科研立項研制迷宮螺旋泵的單位。油化工集團公司科研立項研制迷宮螺旋泵的單位。

2、在國內(nèi)我院是唯一將迷宮螺旋泵產(chǎn)品應(yīng)用在現(xiàn)場的單位。在國內(nèi)我院是唯一將迷宮螺旋泵產(chǎn)品應(yīng)用在現(xiàn)場的單位。 在國內(nèi)我院是唯一發(fā)表過有關(guān)迷宮螺旋泵文章的單位。在國內(nèi)我院是唯一發(fā)表過有關(guān)迷宮螺旋泵文章的單位。3 目前高揚程小流量泵仍然是國內(nèi)外泵業(yè)攻關(guān)課題。美國目前高揚程小流量泵仍然是國內(nèi)外泵業(yè)攻關(guān)課題。美國在該領(lǐng)域內(nèi)取得突破性的成果，例如開發(fā)出高速泵、旋噴泵在該領(lǐng)域內(nèi)取得突破性的成果，例如開發(fā)出高速泵、旋噴泵等。等。 現(xiàn)國內(nèi)高揚程小流量泵多是柱塞泵和多級離心泵等?，F(xiàn)國內(nèi)高揚程小流量泵多是柱塞泵和多級離心泵等。 我院研制迷宮螺旋泵是在研究迷宮螺旋密封的基礎(chǔ)上進我院研制迷宮螺旋泵是在研究迷宮螺旋密封的基礎(chǔ)上

3、進行的。行的。 朱毅征教授為研制迷宮螺旋泵作出突出貢獻。朱毅征教授為研制迷宮螺旋泵作出突出貢獻。 4 我院研制新型雙端迷宮螺旋泵的主要內(nèi)容：我院研制新型雙端迷宮螺旋泵的主要內(nèi)容：1、泵轉(zhuǎn)子與定子螺紋齒型的優(yōu)化組合、泵轉(zhuǎn)子與定子螺紋齒型的優(yōu)化組合2、泵整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、泵整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計3、泵轉(zhuǎn)子與定子的齒形、螺紋頭數(shù)、螺紋升角、徑、泵轉(zhuǎn)子與定子的齒形、螺紋頭數(shù)、螺紋升角、徑向間隙等參數(shù)對泵性能的影響向間隙等參數(shù)對泵性能的影響4、泵轉(zhuǎn)子與定子的加工方法。、泵轉(zhuǎn)子與定子的加工方法。5目前成果目前成果現(xiàn)已研制出參數(shù)為：現(xiàn)已研制出參數(shù)為：H=5500m，Q=0.056 l/s的臥式、立式等多種的臥式、

4、立式等多種樣機。樣機。我院研究的新型雙端迷宮螺旋泵是一種新型泵，為我國高揚我院研究的新型雙端迷宮螺旋泵是一種新型泵，為我國高揚程、小流量的泵又增加一個新產(chǎn)品。程、小流量的泵又增加一個新產(chǎn)品。6雙端迷宮螺旋泵是針對單端迷宮螺雙端迷宮螺旋泵是針對單端迷宮螺旋泵而言旋泵而言雙端迷宮螺旋泵的突出表現(xiàn)優(yōu)勢雙端迷宮螺旋泵的突出表現(xiàn)優(yōu)勢 7 我院研制的新型雙端迷宮螺旋泵（見圖），參數(shù)H=100m、Q=1 m3/h、比轉(zhuǎn)數(shù)5.59是高揚程小流量泵。 新型雙端迷宮螺旋泵優(yōu)化設(shè)計示意圖8雙端迷宮螺旋泵原設(shè)計示意圖雙端迷宮螺旋泵原設(shè)計示意圖91、工作原理、工作原理 ： 迷宮螺旋泵是由一對帶有多頭螺紋且旋向相反的轉(zhuǎn)子

5、和定子組成 ，轉(zhuǎn)子和定子之間留有間隙。 由轉(zhuǎn)子和定子及轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙所形成的工作腔稱為迷宮螺旋體 當(dāng)電機帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子螺紋對其槽內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生兩方面的作用：一方面攜帶介質(zhì)克服摩擦阻力作圓周運動，另一方面推動介質(zhì)沿軸向前進，從而獲得泵揚程。介質(zhì)從螺紋間隙中流出，因流道縫隙小，故泵流量小。 迷宮螺旋泵是利用迷宮螺旋體的特性而研制的一種新型高揚程小流量泵。 二、新型雙端迷宮螺旋泵的研制過程二、新型雙端迷宮螺旋泵的研制過程 10 迷宮螺旋泵揚程與流量的關(guān)系同螺桿旋渦泵，其公式為： 式中：K 揚程系數(shù) V轉(zhuǎn)子圓周速度 V =nD/60 Sc橫截面通道面積 Z螺紋頭數(shù) L轉(zhuǎn)子螺旋體長度 D轉(zhuǎn)子直徑

6、 螺紋與軸線間夾角2)tg2(cTSQVDZLgKH 迷宮螺旋體的流道是曲折復(fù)雜的，介質(zhì)通過類似蜂窩狀的蜂窩體。蜂窩體的數(shù)量取決于迷宮螺旋體的長度,螺紋頭數(shù)和導(dǎo)程。迷宮螺旋體的全部壓力應(yīng)由全部蜂窩體上的力形成。設(shè)在長為L的螺旋體上，則有m個蜂窩體: m=ZL/S S-導(dǎo)程 Z-螺紋頭數(shù)2、 揚程計算揚程計算113、性能特點 （1）雙端迷宮螺旋泵主要由轉(zhuǎn)子和定子組成，泵整體結(jié)構(gòu)極其簡單（柱塞泵、多級離心泵相比）、維修方便。該泵只需一段迷宮螺旋體，轉(zhuǎn)子不增速就可以達到較高的揚程。（2）雙端迷宮螺旋泵流量小、揚程高，比轉(zhuǎn)數(shù)低（Ns可達36），這是一般離心泵無法達到的。（3）雙端迷宮螺旋泵有良好的自吸

7、性，改善了軸封的工作環(huán)境，泵密封性能好，甚至可達“零”泄漏。（4）雙端迷宮螺旋泵比單端迷宮螺旋的流量、揚程曲線更平穩(wěn)，該泵流量沒有脈動現(xiàn)象，尤其適用于精密生產(chǎn)工藝過程中介質(zhì)輸送，以及對流量有嚴(yán)格要求的實驗場合等。（5）該泵轉(zhuǎn)子經(jīng)過嚴(yán)格的動平衡實驗，是一個高度均勻的旋轉(zhuǎn)體，且無其它運動部件，因此運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、噪音小。（6）預(yù)計該泵可以實現(xiàn)氣、液混合輸送（尚處于研究階段）。 124、螺紋參數(shù)選取、螺紋參數(shù)選取 迷宮螺旋泵的做功元件（轉(zhuǎn)子和定子）的螺紋形狀、幾何尺寸等直接影響泵的流量、揚程、效率性能參數(shù)，因此這些參數(shù)的選取至關(guān)重要。經(jīng)過大量實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，我們?nèi)〉媒?jīng)驗如下： bG bL ct螺紋形狀

8、有梯形、半圓形和三角形等基本形式。在轉(zhuǎn)速和主要幾何尺寸螺紋形狀有梯形、半圓形和三角形等基本形式。在轉(zhuǎn)速和主要幾何尺寸相同的情況下，這三種螺紋形狀對流量、揚程的影響依次是相同的情況下，這三種螺紋形狀對流量、揚程的影響依次是 : 對流量對流量Q的影響：半圓形的影響：半圓形 梯形梯形 三角形三角形 對揚程對揚程H的影響：三角形的影響：三角形 梯形梯形 半圓形半圓形13( 1 )( 1 )螺旋升角螺旋升角 ( 2 ) ( 2 ) 螺紋槽深螺紋槽深t t ( 3 ) ( 3 ) 泵轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙泵轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙c c ( 4 ) ( 4 )螺紋槽寬螺紋槽寬b bG G與螺紋棱寬與螺紋棱寬b

9、bL L ( 5 )( 5 )泵的變工況運行泵的變工況運行 5、其它參數(shù)對泵的影響、其它參數(shù)對泵的影響14 轉(zhuǎn)子單一螺紋 轉(zhuǎn)子復(fù)合螺紋 實驗研究證明：迷宮螺旋泵選用三角形螺紋可獲得高揚程，選用半圓形螺紋可獲得大流量。我們綜合考慮三角形和圓弧形兩種螺紋的性能優(yōu)勢，將這兩種螺紋優(yōu)化組合，提高了泵的性能。 三、新型雙端迷宮螺旋泵的創(chuàng)新簡介三、新型雙端迷宮螺旋泵的創(chuàng)新簡介 將原泵轉(zhuǎn)子單一螺紋設(shè)計為復(fù)合螺紋結(jié)構(gòu)。將原泵轉(zhuǎn)子單一螺紋設(shè)計為復(fù)合螺紋結(jié)構(gòu)。創(chuàng)新創(chuàng)新1：15 迷宮螺旋泵的螺紋齒型有矩形、方形、梯形、半圓形和三角形等基本形式。 迷宮螺旋泵性能曲線變化，受各種因素影響。要比較各種齒型性能曲線走向，必

10、需在泵轉(zhuǎn)子和定子的直徑、長度、導(dǎo)程、頭數(shù)、間隙等主要數(shù)據(jù)相同的條件下進行。 下面是在相同條件下的三角形、半園形及新研制的復(fù)合螺紋的性能曲線特點及比較： 螺紋齒型螺紋齒型16（1）三角形螺紋性能曲線的特點是可獲得明顯的高揚程參數(shù)指標(biāo)。 但它的性能曲線非常陡，泵在工作時任何地方有點磨損，性能曲線變化明顯，不利于泵長期穩(wěn)定工作。近年來，我們通常將泵轉(zhuǎn)子和定子螺紋設(shè)計為三角形，主要是利用三角形螺紋可獲得明顯的高揚程小流量參數(shù)特點，忽略了不足之處，所以造成研制工作進度遲緩。17（2）半園形螺紋性能曲線的特點是可獲得明顯的大流量參數(shù)指標(biāo)。它的性能曲線較平緩，泵在工作時有點磨損，性能曲線變化不大，因此有利于

11、泵長期穩(wěn)定工作。 18（3）不同齒型的性能曲線比較不同齒型的性能曲線比較 該圖是三角形、半園形和復(fù)合螺紋齒型的性能曲線比較。由此可以看出選用復(fù)合螺紋齒型泵的性能優(yōu)勢。19 原轉(zhuǎn)子單一螺紋 現(xiàn)轉(zhuǎn)子復(fù)合螺紋 （4）通過分析迷宮螺旋泵的轉(zhuǎn)子螺紋采用復(fù)合螺紋組合。可以充分發(fā)揮三角形和半園形兩種螺紋的性能優(yōu)勢 該泵即可獲得明顯的高揚程指標(biāo)，又可獲得明顯的平緩該泵即可獲得明顯的高揚程指標(biāo)，又可獲得明顯的平緩流量保證。因此迷宮螺旋泵在長期工作時有點磨損流量保證。因此迷宮螺旋泵在長期工作時有點磨損 ，泵性能，泵性能曲線變化也不大，有利于泵穩(wěn)定工作。曲線變化也不大，有利于泵穩(wěn)定工作。20 我院將新型雙端迷宮螺旋

12、泵的轉(zhuǎn)子和定子設(shè)計成圓柱形標(biāo)準(zhǔn)件。為迷宮螺旋泵科研提速，為迷宮螺旋泵工業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造條件。創(chuàng)新創(chuàng)新2：21創(chuàng)新創(chuàng)新2：22新型雙端迷宮螺旋泵轉(zhuǎn)子和定子結(jié)構(gòu)改進示意圖： 23 我院研制的新型雙端迷宮螺旋泵，將轉(zhuǎn)子和定子優(yōu)化設(shè)計為圓柱形標(biāo)準(zhǔn)我院研制的新型雙端迷宮螺旋泵，將轉(zhuǎn)子和定子優(yōu)化設(shè)計為圓柱形標(biāo)準(zhǔn)件，解決了多年來制約迷宮螺旋泵發(fā)展的瓶頸難題。研制進程明顯加快，為件，解決了多年來制約迷宮螺旋泵發(fā)展的瓶頸難題。研制進程明顯加快，為迷宮螺旋泵的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。迷宮螺旋泵的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。 我院已經(jīng)設(shè)計出以轉(zhuǎn)子尺寸為標(biāo)準(zhǔn)（我院已經(jīng)設(shè)計出以轉(zhuǎn)子尺寸為標(biāo)準(zhǔn)（80、100、150、200等）等）十多個規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化系列產(chǎn)品。十多個規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化系列產(chǎn)品。 24 設(shè)計專用設(shè)備，確保新型雙端迷宮螺旋泵關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)子和定子的加工達到技術(shù)要求。迷宮螺旋泵有了合理的設(shè)計方案后，如何保證轉(zhuǎn)子和定子的加工技術(shù)要求，這在該泵的發(fā)展與研制中，也是一大難題。創(chuàng)新創(chuàng)新3：25 四四、研制小結(jié)小結(jié)1、迷宮螺旋泵的合理設(shè)計是關(guān)鍵。 不同的設(shè)計就有不同的泵性能。 不同的設(shè)計就有不同的泵效率。2、專用設(shè)備制造迷宮螺旋泵是產(chǎn)品質(zhì)量的保證。