單螺杆泵（bèng）幾種型線的分（fèn）析及工藝探討

在牛頓流體、非牛頓流體（tǐ）和氣一液兩相流體輸送中，螺杆泵有其獨特的優勢。而應用廣泛的單、雙和三螺杆（gǎn）泵（bèng）的結構、工作原理截然不同。從經濟適用角度考慮，此（cǐ）三（sān）類螺杆泵都有其它泵不能取代的應用（yòng）領（lǐng）域。單（dān）螺杆泵由於型線簡單、型（xíng）麵精度要（yào）求不高，可采用無屑加工的高效工藝，所以價格低，在其結構（gòu）及適應性等方麵也有諸多優點，在非（fēi）潤滑介（jiè）質、含固體介質和腐蝕性介（jiè）質的輸送方（fāng）麵獨樹一幟。

目前，國內生產單螺杆泵的企業遠（yuǎn）多於生產雙、三螺杆（gǎn）泵企業（yè）。單螺杆泵中單頭單螺杆泵(即1／2型麵)占絕大多（duō）數，而國際上已（yǐ）逐（zhú）步（bù）推廣先進（jìn）的雙頭（tóu）單螺（luó）杆泵(即2／3型麵)。本文分析了它們的優缺點並探討其（qí）工藝途（tú）徑和橫截麵型線(各公式推導過程從略)，為新型線的推廣和（hé）應用提供參考。

1、型線種（zhǒng）類

1.1  常規型線(1／2型麵橫（héng）截麵型（xíng）線如（rú）圖（tú）l例所示，簡稱A型，是古老的型線，由法國工程（chéng）師Myan0首先提出。轉子截形為圓。其直徑D=2 a，偏心距e，節距t，單頭。定子截形是兩半徑為a，圓心相距4e的長圓。其參數:節距（jù）T=2t，雙頭。轉子運動軌跡（jì）是轉子截麵重心以e為（wéi）半徑在2 e為半徑的圓內滾動r即（jí）所謂卡丹諾圓（yuán）問鄹的行星運動。轉子頭數與（yǔ）定（dìng）子頭數之比為12。

1.2新型線(2/3型麵)

橫截麵如圖（tú）l（b）(c)所示，簡稱B型、C型，是（shì）近幾年國內外提出的新型線。

B型轉子截（jié）形為半徑a，圓心相距4 e的長圓，其直徑D=2 a，

偏心距（jù）e，節距t，雙頭。C型轉子截形是類橢圓，其直徑D=2a，偏心距e，大半徑b=a+2e，節距t，雙頭。 

定子截形的形成如圖I(d)圳所示。如前述卡丹諾圓運動，滾動半徑為1．5 e，以e為（wéi）半徑的圓上一點運動（dòng）軌（guǐ）跡謂之骨（gǔ）線(圖2的三棱狀內擺線K)。轉子運（yùn）動時，其對稱軸線4 9問線段與骨線共軛（è），運動過程中轉子外廓的展成線即為定子型線。雖運動軌跡相同，由於轉子截形不同，所展成的定子型線差（chà）異甚大，B型為三瓣（bàn）花（huā）形C型為類（lèi）三（sān）角形。其節距丁=1．5 t，三頭。轉子頭數與定子頭數之比為23。

2、型線方程

A B型轉（zhuǎn）子型線（xiàn）方程相同i C型轉子型（xíng）線（xiàn）方程為（wéi）類橢圓。

新型線定（dìng）予方程與骨線相關。圖（tú）2中，滾（gǔn）圓上的A1點，當圓（yuán）心轉過由角時運動至（zhì）赴點，其骨線方程為式(I)。B型定子廓形（xíng）是以a為半徑的骨（gǔ）線等距線(侶線)與以a為半徑的圓弧組（zǔ）成。侶線方程為式(2)。純圓弧段（duàn）是圓心不在原點的圓方程為式(3)。X0和Y0為骨線尖點坐標。C型定子型線方程與B型類似，故略。

3各（gè）型麵優缺點（diǎn）

 (1) A型

優點:轉子和定子型線簡單（dān），生（shēng）產曆史長（zhǎng），加工經驗豐富，有高效、經濟（jì）的工藝方法。如轉子采用連續衝壓工藝製造空心螺杆廠(圖3)，不僅高效、省（shěng）材，而且可提高泵的效率和壽命。通常，定  子多采用模具加（jiā）工的橡（xiàng）膠製品。然而在（zài）高壓情（qíng）況，因（yīn）橡膠受壓變形，使介質（zhì）回流，泵效（xiào）率急劇下降（jiàng），有的高壓泵效率僅l．0％左右。解（jiě）決此問題，剛性套是一個有效途徑。因A型定子型線簡單，使其剛性套的製造較容易（圖3）

缺點：由於轉子和定子接觸麵的相對運動並非純滾動，尤（yóu）其（qí）在定子兩直（zhí）線段滑動速率較大，易磨損。

2：2／3型

同參數情況下，2／3型較A型流量大，因而同流量時體（tǐ）積較小。例如（rú）．．e=0．2cm，D亍1．75cm，理論流（liú）量Q（m/r）:

A型（xíng）:Q=1．36 T

B型 Q=1.612T

C型 Q=1.6041T

同參數情況下，B型（xíng）理論流量較A型大2πe2值（zhí）,C型流（liú）量略小於B型。

轉子（zǐ）是雙頭，因而其（qí）重心偏移率是A型的一半。從而可允許較高（gāo）的轉速（sù），且噪聲較小。每轉的腔室由2x3代（dài）替1x2，使泵脈（mò）動降低較多。腔室的增加也使滑動速率較大的區問瞬時速度比A型低，由此（cǐ）可減少磨損，提高壽命。此外，新型麵密封性強，可提（tí）高容積（jī）效率（lǜ）。

在新型線中（zhōng），由於B型（xíng）定子型線是（shì）由非連續方程（chéng）曲線展成，廓形存在6個硬過渡點(，骨線侶線與尖點圓弧過（guò）度處)，顯然對運轉壽命有所（suǒ）影響。然而C型定子廓形是由連續方程（chéng）曲線展成，故無此現象。

綜（zōng）合分（fèn）析，目（mù）前我國宜推廣C型泵。據悉，C型在一些國家已商品化，如德國阿爾維勒AG公司推（tuī）出的AED係列（liè）等泵。

4、工（gōng）藝探討．

A型轉子工藝較成熟，可采用成形車、靠模車、旋風銑、連續衝壓等方法（fǎ）。連續衝壓成型目前是A型轉子佳生產方式之（zhī）一。國外采用多軸腔機床加工（gōng）2／3型轉子，成（chéng）本較高。國內（nèi）已有單（dān）位引進其加工機床，如（rú）WEIN-GARTNER公司的VARID型五軸數控（kòng）銑床，可加工很多種類螺（luó）杆的精密型麵以及單螺杆（gǎn）泵的轉子、模芯（xīn）和剛性套。但單螺杆泵結（jié）構特點廠多為硬（yìng）轉子、軟定動（dòng）是屬於型麵複雜並非精密(相對雙、三螺杆泵而言)的產品，因此如僅將其作為加工單螺（luó）杆泵的專用機床，則顯然功能過剩。況且該型中等規格設（shè）備，價位約1000萬元，也（yě）是值（zhí）得考慮的問題。據作者經驗分析，樣機或小批生產用帶靠模裝置的普通機床即能完成,若大批生產，在現有A型轉子加工機床上安（ān）裝仿型銑頭，作者（zhě）已完成結構設訓即可勝任。

A型橡膠定子模芯加工可采用車、銑、磨等（děng）多種（zhǒng）方法，各（gè）廠對此已有豐富經驗。新型線模芯的工藝方法與A型（xíng）類同。關鍵是要有正確的型線坐標信線性或非線性收縮的（de）補償匐。A型剛性套的加工用普通萬能機床（chuáng）即可,2／3型剛性套加工（gōng）則需極昂貴的設備。

5、CAD型線設計實例（lì）

本文用類似三螺杆泵（bèng）型（xíng）線改進所用的軌跡（jì）法進行編程。該（gāi）方法簡單（dān）可靠，無需建立包絡方程（chéng），該程序已用於雙、三螺杆泵的型線設計。

程序為模塊化（huà）設計，將其以程序包納入（rù）刀具設（shè）計軟件後，不僅可計算單螺（luó）杆泵轉子、定子的端、軸、法截麵，還可計算轉子、定子模芯的成形（xíng）車、銑、滾、磨等刀具型線（xiàn）以及該刀具（jù）的鏟磨砂輪工藝參數。程（chéng）序還具有各（gè）類橡膠模芯收縮量的補償功（gōng）能，為單螺杆（gǎn）泵新舊型線的研究和生（shēng）產提（tí）供了方便。

表l為（wéi）CAD計算實例（lì）。其計算參數為e=20、D=1 70。實（shí）用時，點的密度可任意設定。型（xíng）線坐標值，轉子（zǐ）為l／4型線段;定子為1／6型線段。使（shǐ）用時將其對稱排列即全廓形。

表（biǎo）中第3點（diǎn）是B型（xíng）線的硬（yìng）過渡點.

(1)雙頭單螺杆（gǎn）泵性能優越，在原單頭（tóu）單螺杆泵基礎上改型簡便。 

(2)例（lì）根據產品特點，幾乎原生產（chǎn）1／2型單螺杆泵的企業轉型生產2／3型（xíng）產品，工藝上不存在太大困難（nán）。

(3)本文（wén）CAD軟件能滿足不同條件的企業對（duì）2／3型單螺杆泵產品（pǐn）開發的（de）要求。