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●性能參數(shù)的選擇:
1. 流量 Q :
作為容積式泵,影響雙螺桿泵流量的因素主要有轉(zhuǎn)速n ,壓力 p,以及介質(zhì)的粘度 v 。
1.1 轉(zhuǎn)速 n 的影響:
螺桿泵(高溫雙螺桿泵,大流量雙螺桿泵)在工作時,兩螺桿及襯套之間形成密封腔,螺桿每轉(zhuǎn)動一周便由進口向出口移出一個密封腔,即一個密封腔的體積的液體被排出去。理想狀態(tài)下,泵內(nèi)部無泄漏,那么泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比。即:Qth=n*q n---- 轉(zhuǎn)速; q---- 理論排量,即泵每轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積; 理論排量。
1.2 壓力 △ P 的影響:
雙螺桿泵(高溫雙螺桿泵,大流量雙螺桿泵)實際工作過程中,其內(nèi)部存在泄漏,也稱滑移量。由于泵的密封腔有一定的間隙,且密封腔前、后存在壓差 △P ,因此,有一部分液體回流,即存在泄漏,泄漏量用 △ Q 表示,則 Q=Qth- △Q.顯而易見,隨著密封腔前、后壓差 △ P 升高,泄漏量 △ Q逐漸增大。對于不同型線和結(jié)構(gòu),影響大小也各不相同。The
1.3 粘度 v的影響:試想:將清水和粘稠的漿糊以相同的體積從漏斗式的容器中泄漏出去。顯然水比漿糊要泄漏得快。同理,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。,要綜合地考慮以上各種因素,通過一系列的計算才能地知道泵的實際流量是否符合工況要求。
2. 壓力 △ P :
與離心泵不同,雙螺桿泵的工作壓力 △ P由出口負載決定,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,則需要用流體力學的知識對出口阻力的計算。
3. 軸功率N :
雙螺桿泵(高溫雙螺桿泵,大流量雙螺桿泵)的軸功率分為兩部分,即: Nth----液壓功率,即壓力液體的能量; Nr---- 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 Nr。
摩擦功率是由于運動部件的摩擦而消耗的那部分功率。這些摩擦功率顯然是隨著工作壓差的增加而增加的,并且介質(zhì)粘度的增加也會引起液體摩擦功率的增加。
由此,泵的軸功率除了液壓功率外,其中摩擦功率隨介質(zhì)粘度及工作壓力而增加,因此在選擇配套電機時,介質(zhì)的粘度也是一個非常重要的參考數(shù)據(jù)。尤其在輸送高粘度介質(zhì)時,需要作比較的計算。
在計算功率后,選擇配套電機時應(yīng)遵照樣本表格中所規(guī)定的有關(guān)規(guī)定。
N(KW)N≤10 10 < N≤50 N > 50 N > 100 K 1.51.25 1.15 1.1 Nm=N.K Nm---- 電機功率 N---- 軸功率K---- 功率儲備系數(shù)
4. 吸上性能的計算及選擇 :泵(高溫雙螺桿泵,大流量雙螺桿泵)工作分為以下幾個階段:
4.1 吸入,此時液體連續(xù)不斷地沿吸入管道移動;;
4.2 旋轉(zhuǎn)的螺桿把能量傳給工作液體;
4.3壓出,此時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。在以上三個階段中,Zui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,否則就會發(fā)生氣蝕,即引起振動,噪音等問題。
5. 汽蝕余量的計算:
泵的汽蝕余量 NPSHr 與泵的轉(zhuǎn)速 n ,導(dǎo)程h 以及泵所輸送介質(zhì)的粘度 v等因素都有關(guān)系,對我廠引進的 Bornemann 雙螺桿泵用以下公式計算:NPSHr=(1.5+0.253VF 1.84345+0.0572VF 1.55)*v0.4146 VF---- 軸向流速, VF=n*h/60(m/s) ; n---- 轉(zhuǎn)速(r/min) ; h---- 導(dǎo)程 (m) ; v---- 工作粘度 (°E) 。 由此可見,泵的NPSHr 是隨 VF ,v的增大而增大。因此在吸入條件不好的情況下,宜選擇小導(dǎo)程的雙螺桿泵。這在選型時是很重要的。
5.1 裝置汽蝕余量 NPSHa 的計算,這里不再闡述。
5.2 想要保持泵正常工作,即不發(fā)生汽蝕、振動等問題,必須保證以下條件: NPSHa > NPSHr 這即是泵的吸入條件。
6. 雙螺桿泵(高溫雙螺桿泵,大流量雙螺桿泵)的轉(zhuǎn)速選擇:
選擇不同的轉(zhuǎn)速常牽涉以下問題:
6.1通過選擇合適的泵轉(zhuǎn)速,以達到適當?shù)男阅軈?shù)如流量等。
6.2 隨著粘度的不同,泵的轉(zhuǎn)速亦應(yīng)有所改變。
對于 Boremann 雙螺桿泵,粘度的變化是決定轉(zhuǎn)速的主要條件,隨著粘度的增大,允許轉(zhuǎn)速也越低。
轉(zhuǎn)速的選擇實質(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,就會引起吸入不足,從而產(chǎn)生噪音和振動等問題。因此務(wù)必遵照有關(guān)原則選擇轉(zhuǎn)速。
●雙吸式二螺桿泵是一種容積泵,容積效率是評判泵類特性的主要指標,而螺桿泵密封性能的優(yōu)劣又是評判其容積效率的依據(jù)。在螺桿泵行業(yè)中,分析螺桿泵密封性能的依據(jù)是螺桿泵的四類密封條件:
1)相互嚙合的螺桿齒形應(yīng)遵循密封意義上的嚙合規(guī)律;
2)螺桿螺紋的頭數(shù)和螺桿的根數(shù)應(yīng)該使螺桿在工作區(qū)范圍內(nèi)形成互不相通的密封腔;
3)村套的長度應(yīng)該大于密封腔的長度;
4)螺桿與螺桿,螺桿與泵體應(yīng)具有允許的Zui小間隙。
符合上述條件的為嚴格密封型螺桿泵。其中密封的完善程度取決于第一、二類密封
條件。螺桿泵的核心技術(shù)是螺桿齒形,不同的齒形不僅直接決定著螺桿泵的工作壓力、
額定流量、容積效率、振動、噪聲和自吸高度等技術(shù)性能指標的差異,還決定著螺桿加
工工藝直至產(chǎn)品成本。對于各種類型的螺桿泵而言,其螺桿齒形能否達到嚴格密封是判
斷該螺桿泵性能指標的一個非常重要的前提因素,這也是第一類密封條件的重要性。滿足了第一類密封條件后,判斷螺桿泵密封性能的又一個前提依據(jù)是螺桿泵的第二類密封性。在螺桿泵行業(yè)傳統(tǒng)理論中,經(jīng)常引用俗稱為孟氏定律的公式來評判螺桿泵的
第二類密封性能:
主螺桿為凸桿時:Z=K(Z1一1)(1一1)主螺桿為凹桿時:Z=K(Z2一1)(1—2)
式中z1,z2分別為螺桿泵凸、凹螺桿的頭數(shù),K為螺桿泵從動螺桿的桿數(shù)。單頭或雙頭的雙螺桿泵一直以來都被認為是非嚴格密封的雙螺桿泵,故原有的國內(nèi)外資料中都未見有嚴格密封的雙螺桿泵,這就是傳統(tǒng)雙螺桿泵工作壓力普遍不高的原因。由于孟氏定律的緣故,現(xiàn)有雙螺桿泵的應(yīng)用將受到限制。因此如何解決雙螺桿泵的嚴格密封問題,就成為螺桿泵發(fā)展的重要研究課題。具有適用范圍的局限性。也就是說,孟氏定律可以評判傳統(tǒng)擺線齒形螺桿泵的第二類密封性,但是對于其他的螺桿齒形,孟氏定律不一定適用。不同齒形的第二類密封性狀況是不同的,對于都能滿足第二類密封性的不同齒形來說,它們的頭數(shù)、桿數(shù)的關(guān)系式也會不同,也就是說,不同齒形螺桿泵的二類密封性可以有不同表達式的定律。研究發(fā)現(xiàn),一些不同的齒形已經(jīng)突破了孟氏定律的限制,能夠形成嚴格密封特性而又具有實際的應(yīng)用能力。
工作時的冷卻要求與第四類密封性密切相關(guān)。由于雙吸式二螺桿泵需要在密封條件下才能正常工作,因此在工作時對螺桿泵的工作溫度有一定的要求,以保證螺桿與螺桿之間以及螺桿和泵體之問有合適的間隙值。假如溫度過高,由于熱脹冷縮的原理將會使螺桿泵中螺桿和泵套之間的配合變?yōu)檫^盈配合,從而加居I摩擦,增大工作噪音,減少螺桿泵的使用壽命,并大大降低工作效率。這些后果是我們不愿意看到的,因此需要在關(guān)鍵部位進行冷卻,以保證螺桿泵有良好的工作狀態(tài)及較高的工作效率。為了解決這個問題,我們研究了多種機械結(jié)構(gòu)及實際應(yīng)用情況,認為其中較好的一種方法是在泵體內(nèi)采用潤滑螺桿做動力源對潤滑油進行循環(huán)以達到冷卻的目的。
2主動螺桿和從動螺桿的設(shè)計
在對螺桿泵的設(shè)計中首先要考慮螺桿泵的整體結(jié)構(gòu)的使用材料,在這次的設(shè)計過程中選用的是45號鋼具有較好的承壓能力和屈服應(yīng)力
2.1雙吸式二螺桿泵螺桿螺紋的設(shè)計與計算
2.1.1泵功率的計算
所給的設(shè)計數(shù)據(jù)為流量Q=50L/min壓力P=10Mp
由公式可知Pw=P﹡Q把上面的數(shù)據(jù)帶入公式計算可知(其中流量和壓力均換為國際單位):
Pw=8.33Kw
雙吸式二螺桿泵一般是選擇四級電動機,由《機械設(shè)計課程設(shè)計》附表9-1可以選擇Y160M1-4型電動機額定功率為11Kw,其中轉(zhuǎn)速為:
n=1460r/min
2.1.2螺桿工作長度的過流斷面積A的計算
螺桿襯套內(nèi)孔的橫截面面積A3
A3=2πR-AABCD=2πR-R(2γ-sin2γ)
式中R-螺桿的外徑
2.1.3螺旋深度的選擇
在螺桿螺旋外形尺寸相同時,螺旋深度r/R越大,螺旋段的過流斷面面積就越大,泵的理論流量Q也越大。在螺旋頭數(shù)和導(dǎo)程相同時,r/R=0.4的泵理論流量幾乎比r/R=0.7的泵大50%左右。當r/R接近0.8時,螺旋深度的減小使理論流量減小,卻會造成相對泄露量的增大,也會使容積效率的下降。因此r/R取何種比例是需要進行慎重考慮的。r/R的允許范圍為0<r/R<1,但是根據(jù)經(jīng)驗通常選擇比較合理的范圍為r/R=0.45~0.7。較小的r/R值建議用于低壓泵和用來輸送的介質(zhì)為黏度較大的介質(zhì);較大的r/R值適用于水和黏度較小的介質(zhì)以及排出壓力相對較高的泵。若僅僅從Zui高容積效率的角度看,較好的螺旋深度為r/R=0.6~0.7左右。
現(xiàn)在所設(shè)計的泵是高壓力泵因此選擇
r/R=0.6
2.1.4螺旋導(dǎo)程的選擇
理論流量Q和螺旋導(dǎo)程T(螺距)的長度存在著線性關(guān)系,導(dǎo)程越大,每轉(zhuǎn)的理論流量也越大。導(dǎo)程的增大也會引起螺旋面之間的間隙總量的增大,該間隙與導(dǎo)程之間也存在著近于線性的關(guān)系。
工作長度相同時導(dǎo)程越小,密封腔數(shù)就越多。這樣就有可能在相同的容積效率情況下,建立較高的壓力,或在相同的壓力下,泄漏減小,具有較高的容積效率,但理論流量也會隨著導(dǎo)程的變小而減小,反之亦然。
經(jīng)驗指出,用不同的螺旋深度和導(dǎo)程相配合得到相同的理論流量的方法,從獲得更高容積效率的觀點,選擇較小的螺旋深度和較大的導(dǎo)程構(gòu)成螺旋的方法是較為有利得。
2.1.6螺桿兩段螺紋每段的圈數(shù)選擇
根據(jù)多年的經(jīng)驗積累及容積效率和密封的考慮,這個泵是高壓泵應(yīng)選擇的工作長度較長,一般在3到5周左右,因此取每段的圈數(shù)為4圈。
2.1.7雙吸式二螺桿泵的同一螺桿兩端螺紋間距的確定
由書本的介紹及往日的經(jīng)驗可以知道一般的間距選擇在螺距的一到兩倍之間,因此從多方面考慮可以選擇兩段螺紋的間距為
L=80mm
2.2兩螺桿的原件定位和中心距的選擇
雙吸式螺桿泵在Zui近幾年里有著突飛猛進的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于很多領(lǐng)域而且取得了很好的成果。雙吸式二螺桿泵的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域在將來一定會越來越大的,對其技術(shù)的要求也越來越高了。因此本文主要介紹了雙吸式二螺桿泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟,以及其中各個零部件的選擇。
首先,我們要知道和了解雙吸式螺桿泵的工作原理。雙吸式二螺桿泵是主動螺桿在轉(zhuǎn)動時帶動從螺桿在襯套中轉(zhuǎn)動,依靠形成的密封腔的容積變化來輸送流體的。其次,螺桿是一個螺桿泵Zui重要的部分,因此我們首先設(shè)計的便是雙吸式二螺桿泵的主從動螺桿的結(jié)構(gòu)。雙吸式二螺桿泵的設(shè)計過程中螺桿的設(shè)計有著舉足輕重的作用,螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要與所給定的流量和壓力以及所輸送的介質(zhì)這些數(shù)據(jù)來確定的。在次,螺桿泵的密封是很重要的。螺桿泵是一個壓力泵,只有它的密封系統(tǒng)做好了才能產(chǎn)生足夠的壓力來輸送介質(zhì)。因此在設(shè)計的過程中襯套與螺桿的密封、襯套與殼體的密封、螺桿與端蓋的密封都是我們要考慮的。Zui后,我們就是要選擇一些雙吸式二螺桿泵用的附件,像螺釘、軸承、安全閥、墊圈等
常見的泵可以分為容積式泵和動力式泵兩大類。容積式泵包括往復(fù)泵、轉(zhuǎn)子泵和齒輪泵等,離心泵和軸流泵等則屬于動力式泵。本文所研究的雙吸式雙螺桿泵屬于容積式泵。螺桿泵的適用范圍很廣,被廣泛應(yīng)用于石油、化工、航運、電力、機械液壓系統(tǒng)、食品、冶金、輕工、造紙、、醫(yī)藥、船舶、機床、采礦、環(huán)保和污水處理等各種工業(yè)部門當中,發(fā)揮了巨大作用,具有很高的使用價值。
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