泵的知识

在牛（niú）顿流体、非牛顿流（liú）体和气一液两相流体输送中，螺杆泵有其独特的优势。而应用广泛的单、双和三螺杆泵（bèng）的结构、工作原理截然不同。从经济适用角度考虑，此三类螺杆泵都有其它泵不能取代（dài）的应用领域。单螺杆泵由于型线简单、型面精（jīng）度要（yào）求不高，可采用无（wú）屑加工的高效工艺，所以价（jià）格低，在其结构及适应性等方面也有诸多优（yōu）点，在非（fēi）润（rùn）滑介质、含固体介质和腐蚀性介质的输送方面独树（shù）一帜。

目前，国内生产单螺杆泵的企业远多于生产双、三螺杆泵企业。单螺杆泵中单头单螺杆泵(即1／2型面)占绝大多数，而国际上已逐步推广先进的双头单螺杆泵(即2／3型面)。本文分（fèn）析了它们的优缺（quē）点并探讨其工艺途径（jìng）和横截面型（xíng）线(各公式推导过程从略)，为新型线的推广和（hé）应用提供参考。

1、型（xíng）线种类

1.1  常规型线(1／2型面横截面（miàn）型线如图l例所（suǒ）示，简称A型，是古（gǔ）老的（de）型线，由法国工程师Myan0首先提出。转子（zǐ）截形为圆。其直径D=2 a，偏心距e，节（jiē）距t，单头。定子截形是两（liǎng）半径为a，圆心相距4e的长圆。其（qí）参（cān）数:节距T=2t，双（shuāng）头（tóu）。转子运动轨迹是转子截面重心以e为半径在2 e为半（bàn）径的圆内滚动r即所谓卡丹诺圆问鄹的行（háng）星（xīng）运动。转子头数与定子头数之比为12。

1.2新型线(2/3型面)

横截面如图l（b）(c)所示，简称B型、C型，是（shì）近几年国内外提出的新（xīn）型线。

B型转子截形为半径a，圆心相距4 e的长圆（yuán），其直径D=2 a，

偏心距e，节距t，双头。C型转子截形（xíng）是类椭圆，其直径D=2a，偏心距e，大半径b=a+2e，节距（jù）t，双头。 

定子截形的形成如图（tú）I(d)圳所示（shì）。如前述卡（kǎ）丹诺圆运动（dòng），滚动半（bàn）径为1．5 e，以e为半径的圆上一点（diǎn）运动轨迹谓之骨（gǔ）线(图2的三棱状内摆线K)。转子运动时，其对称轴（zhóu）线4 9问线段与骨线共轭，运动过程中转子（zǐ）外廓的展成线即为定子型线。虽运动轨迹相同（tóng），由于转子截形不同，所展成的定子型线差异（yì）甚大，B型为三瓣花形C型为类三角形。其节距丁=1．5 t，三头。转子头数与定子头数之比为23。

2、型线方（fāng）程

A B型转子型线方程相同i C型转子型线方程为类椭圆。

新型线定予方程与骨线相关（guān）。图2中，滚圆上的A1点，当圆心转过（guò）由角时运动至赴（fù）点，其骨线方程为式(I)。B型定（dìng）子廓形是以a为半径的（de）骨线等（děng）距线(侣线)与以a为半径的圆弧组成。侣线方程为式（shì）(2)。纯圆弧段是圆心不在原点的圆方程（chéng）为式(3)。X0和（hé）Y0为骨线尖点坐标。C型定子型线（xiàn）方程与B型类似，故略。

3各（gè）型（xíng）面（miàn）优缺点

 (1) A型

优（yōu）点:转子和定子型线简单，生产历（lì）史长，加工经验丰富，有高效、经济的工艺方法。如转子采用连续冲压工艺制造空心螺杆厂(图（tú）3)，不仅高效、省（shěng）材，而且可提高泵的效率和寿命。通常（cháng），定  子多采用模具（jù）加工（gōng）的橡胶制品。然而在高（gāo）压情况，因橡胶受压变形，使介（jiè）质回流，泵效率急（jí）剧下降，有的高压（yā）泵效率仅l．0％左右。解决此问（wèn）题，刚（gāng）性（xìng）套是一个有效途（tú）径（jìng）。因A型定子型线简单，使其刚性套的制（zhì）造较容易（图3）

缺点（diǎn）：由于转子和定子（zǐ）接触面的相对运动并非纯滚动（dòng），尤其在定子两直线段滑动（dòng）速率较大，易（yì）磨（mó）损。

2：2／3型

同参数情况下，2／3型较A型流量大，因而同流量时体积较小（xiǎo）。例（lì）如．．e=0．2cm，D亍1．75cm，理论流量Q（m/r）:

A型:Q=1．36 T

B型 Q=1.612T

C型 Q=1.6041T

同参数情况下，B型理论流量较A型大2πe2值,C型流量略小于B型。

转子是双头，因而（ér）其重心偏移率是A型的（de）一半。从而可允许较高的转（zhuǎn）速，且噪声较小。每（měi）转（zhuǎn）的（de）腔室由2x3代替1x2，使泵脉动（dòng）降低较多。腔室的增加也使滑动速率（lǜ）较大的（de）区问瞬时速度比A型低，由（yóu）此（cǐ）可减少磨损，提高寿命。此外，新型面密封性强，可提高容积效（xiào）率。

在新型线中（zhōng），由于B型定子型（xíng）线是由非（fēi）连续（xù）方程曲线展成，廓形存在6个硬过渡点(，骨线侣线与（yǔ）尖（jiān）点圆弧过度处)，显然对运转寿命有所影响（xiǎng）。然而C型定子廓形是由连续方程曲线（xiàn）展成，故无此现（xiàn）象。

综合分析，目前我国宜推广C型泵。据悉，C型在一些国家已商品化，如德国阿尔维勒AG公司推出的AED系列等泵（bèng）。

4、工艺探讨．

A型转子工艺较成（chéng）熟，可采用成形车、靠模（mó）车、旋风铣、连续冲压等方法。连续冲压成型目前是A型转子佳生产方（fāng）式之一。国外采用多轴腔机床加工2／3型转子（zǐ），成本较高。国内已有单位（wèi）引进其加工机床，如WEIN-GARTNER公司的VARID型五轴数控铣床，可加工（gōng）很多（duō）种类螺杆的精密型（xíng）面以（yǐ）及单螺杆泵的转（zhuǎn）子、模芯和刚性套。但单螺杆泵结构特点厂多为硬转子、软定动（dòng）是属于型面复杂并非精密(相对双、三螺（luó）杆泵而言)的（de）产品，因此如仅将其作为加工单螺杆泵的专（zhuān）用机床，则（zé）显然功能过剩（shèng）。况且该型中等规格设备（bèi），价位约1000万元，也是值得考虑的问题。据作者经验分（fèn）析，样机或小批（pī）生产用带靠模装置的普（pǔ）通机床即能完成（chéng）,若大批（pī）生产（chǎn），在现有（yǒu）A型转子加工机床上安装仿型铣头，作者已完成结构设训即可胜任。

A型橡胶定子模芯加工可采用车、铣、磨等多种方法，各厂（chǎng）对此已有丰富经验。新型线模芯的工艺方法与A型类同。关键（jiàn）是要有正确的型线（xiàn）坐标信线（xiàn）性（xìng）或非线性收缩的补偿匐。A型刚性套的加工用普通万能机床即可,2／3型刚性套加工则需极昂贵的设备。

5、CAD型线设计实例

本文用类似三螺杆泵型线改进所用的轨迹法进行（háng）编（biān）程。该方法简单可靠，无需（xū）建立包络方程（chéng），该程序已用于（yú）双、三螺（luó）杆泵的型线设计。

程序为模块化设计，将其以程序包纳入刀具设计软件后（hòu），不仅可计算单螺杆泵（bèng）转子、定子的端、轴、法截面，还可计算转子、定子模（mó）芯的成形车、铣、滚、磨等刀具型线以及该刀具的铲磨砂轮工艺参数。程序还具有各类橡胶模芯收缩量的补偿（cháng）功能，为单螺杆泵新旧型线的研究和生产提供了方便。

表l为CAD计算实例（lì）。其计算参数为e=20、D=1 70。实用时，点（diǎn）的（de）密（mì）度可任意设定。型（xíng）线坐标值，转子为l／4型线段;定子为1／6型线段。使用（yòng）时将其对（duì）称排（pái）列即全廓形。

表中第3点是B型线的硬过渡点.

(1)双（shuāng）头单螺杆泵性能优越，在原单头（tóu）单螺杆泵（bèng）基础上改（gǎi）型简（jiǎn）便。 

(2)例根据产品特点，几乎原生产1／2型单螺杆泵的企业转型生产2／3型产品（pǐn），工艺上不存在太大困难。

(3)本文CAD软件能满足不同条（tiáo）件的企业对2／3型单螺杆泵产品开发的（de）要求。