 螺桿泵作為一種轉子式容積泵，具有流動平穩(wěn)、自吸性好、壓力脈動小等優(yōu)點，在石油、醫(yī)藥、化工等領域得到了廣泛應用。本文系統(tǒng)的介紹了螺桿泵的原理和應用工況，并針對螺桿泵使用過程中可能出現(xiàn)的問題進行了總結分析，為生產(chǎn)管理、工程技術人員提供了參考。
1、引言
螺桿泵是一種轉子式容積泵，20世紀20年代由法國的勒內(nèi)•莫依諾發(fā)明設計、發(fā)明。螺桿泵被水力學院劃分為單螺紋類型，是旋轉型泵的一個分支。它具有流動平穩(wěn)，自吸性好，壓力脈動小，可輸送高粘度介質(zhì)的特點，因而被廣泛地應用于環(huán)境保護、石油、醫(yī)藥、化工、食品、建筑、采礦、印刷、造紙等各種不同的領域。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，如何普及泵的知識，正確操作和使用螺桿泵也就成為我們必須面對的問題。
2、螺桿泵的工作原理
螺桿泵的主要組成部分是偏心螺桿（轉子）和與之相配套的襯套（定子）。按照螺桿個數(shù)的不同，螺桿泵可分為單螺桿泵、雙螺桿泵、三螺桿泵和五螺桿泵等。在單螺桿泵中，根據(jù)螺桿的頭數(shù)還可分為單頭和多頭。
螺桿上的螺旋線隨著轉子的轉動而運動，起著推擠液體向前移動的作用。螺桿的斷面是半徑為R的圓。整個螺桿可以看作是由很多個這樣的薄圓盤組成。這些圓盤的中心O1是以偏心距e繞著螺桿本身的軸線O2一邊旋轉，一邊按一定的螺距t向前移動。襯套的斷面形狀是由兩個長度為4e的直線段和兩個半徑為R的半圓組成的長圓形。襯套的內(nèi)表面是由許多個這樣的斷面組成的導程為T的雙頭內(nèi)螺旋面，T=2t。
螺桿置于襯套內(nèi)，在每一個橫截面上，螺桿斷面和襯套斷面都有接觸點。當螺桿斷面位于襯套長圓形斷面的兩端時，接觸為半圓弧線。在其他位置時，只有a、b兩個接觸點，如圖1所示。這些接觸點構成了空間密封線，在襯套的一個導程T內(nèi)形成一個完整的密封腔。沿著螺桿泵的全長，在螺桿的外螺旋面和襯套的內(nèi)螺旋面間形成了一個一個的密封腔。當螺桿轉動時，靠近吸入端的腔室容積增加，在壓差的作用下，物料進入第一個腔室，然后該腔室形成密封，按照螺旋方向向排出端移動。由于密封腔室的不斷形成、推移和消失[1]，使物料通過一個一個密封腔室從吸入端推擠到排出端。因為螺桿轉速是恒定的，密封腔室的推移速度也是恒定的，理論上螺桿泵的流量均勻，不存在波動。
3、螺桿泵的應用
3.1螺桿泵的應用工況
螺桿泵的應用要以可靠性為根本，這很大程度上由其特點所決定。螺桿泵具有自吸性好，流量平穩(wěn)，噪音低，壓力脈動小的特點。因而其主要應用在輸送高粘度介質(zhì)，輸送含固體顆?；蚬腆w懸浮物的介質(zhì)，要求連續(xù)平穩(wěn)輸送，攪動小，不破壞輸送介質(zhì)固有結構，低噪音的工礦情況。具體應用如下：
⑴高黏度。螺桿泵最大的優(yōu)點就是能輸送高粘度的物料。它能處理的黏度從似水流體（1cSt）到黏度高達1000000cSt的黏土、膠狀物、淤泥的其他流體[1]。目前，污水廠多用用螺桿泵來輸送稠化淤泥。此類應用需要注意的是如何使近似于固體的物料到達并進入泵的吸入口。這里可安裝漏斗或推進器幫助流體進入泵中，防止斷流。
⑵耐磨性。螺桿泵屬于轉子容積泵，螺桿轉速較低。許多因素影響著磨損速率，作為一個近似的經(jīng)驗公式，螺桿泵的使用壽命設定為轉速的三次方[1]。因而螺桿泵具有很強的耐磨性。運行平穩(wěn)，磨損少，壽命長。是輸送礦漿很好的選擇。
⑶多相混輸。螺桿泵可以輸送含有氣體、固體、液體的多相流體。這個優(yōu)勢是其他類型的泵所不能比及的。石油鉆采上，抽汲高粘度、高含砂和高含氣原油中，以及淺海鉆井液補給上，螺桿泵的應用都越來越廣泛。
3.2螺桿泵應用中的常見問題
螺桿泵雖然有運行平穩(wěn)無脈沖等優(yōu)點，但也有低轉速，不耐高溫等限制，會在使用中遇到一些問題。通過現(xiàn)場調(diào)查和查閱相關資料，在這里將螺桿泵常見的故障和可能原因作了歸納總結，見表1?？晒┕こ碳夹g人員現(xiàn)場維護時進行參考。
注：a轉子和定子間阻力過大; b轉動方向錯誤; c吸入口壓力過高; d介質(zhì)濃度過高;e轉速有誤; f排出口壓力過高; g泵干運行; h泵與驅(qū)動裝置沒有對齊，聯(lián)軸器需更換;i轉速太低;g轉速太高;k泵內(nèi)有雜質(zhì)；l定子或轉子磨損；m萬向節(jié)部件磨損；n吸入管完全堵塞；o輸送介質(zhì)溫度過高，定子膨脹；p填料密封過緊，或磨損；q介質(zhì)內(nèi)含固量過大；r泵不運行時，固體物質(zhì)沉淀，固化；s溫度低，液體變硬；t定子膨脹，不適合輸送介質(zhì);u電機故障。
3.3螺桿泵常見故障的解決方法
⑴壓力。理論上螺桿泵的工作流量不隨壓力的改變而改變，但實際上，壓力越高越容易造成滑脫，減小流量。吸入壓力過高時，可增大吸入管徑，一般采取幾臺泵并聯(lián)的工作方式，分級安裝，也可加裝過濾器。
⑵轉子和定子間阻力。初始設計時，一般轉子和定子間為間隙配合。但隨著泵的使用，定子橡膠在輸送物料的腐蝕和摩擦受熱下會膨脹，加大轉子和定子間的阻力，影響泵的正常運行?？稍谵D子和定子間添加潤滑劑。定子一般采用天然EPDM，溫度較高時，也可考慮更換定子橡膠材質(zhì)，如PVDF材質(zhì)，一般被用在接近300ºF的地方[1]。
⑶轉速。螺桿與襯套間的運動為滾動加滑動。轉子一面做自轉，一面做公轉由于有偏心距存在，轉速太快會產(chǎn)生氣蝕、噪音、磨損，速度太慢會滑脫，影響凈流量。因此要控制一定的轉速。
⑷干運行。螺桿泵不能干運行，定子橡膠會磨損失效。安裝時，可以使液位高于泵的入口，高位流入。如果長期沒有運行，可以加反水沖洗，或是認為先讓轉子輕輕轉動下再啟動。也可以加裝干運行保護，使用流量計監(jiān)測。如果流量減少或者接近下限值，則輸出信號，控制泵停止運行。
4、結語
本文系統(tǒng)的介紹了螺桿泵的原理和應用工況，并針對螺桿泵使用過程中可能出現(xiàn)的問題做了總結分析，為工程技術人員對設備進行管理和維護提供了參考。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，螺桿泵的應用必然會更加廣泛。
單螺桿泵是一種內(nèi)嚙合偏心回轉的容積泵，泵的主要構件：一根單頭螺旋的轉子和一個通常用彈性材料制造的具有雙關螺旋的定子，當轉子在定于型腔內(nèi)繞定子的軸線作行星回轉時，轉定子之間形成的密閉腕就沿轉子螺線產(chǎn)生位移；因此就將介質(zhì)連續(xù)地，均速地、而且容積恒定地從吸入口送到壓出端，基于這件特性，單螺桿泵特別適合于下列工況的工作。
輸送高粘度介質(zhì)：根據(jù)泵的大小不同可以輸送粘度從37000-200000厘泊的介質(zhì)。
含有顆?；蚶w維的介質(zhì)：顆粒直徑可以這30mm（不超過轉子偏心距）。纖維長可以350mm（相當0.4位轉子的螺距）。其含量一般可達介質(zhì)窖的40%，若介質(zhì)中的固體物為細微之粉沫狀時，最高含量可達60%或更高也能輸送。要求輸送壓力穩(wěn)定，介質(zhì)固有結構不愛破壞時，選用單螺桿泵輸送最為理想。
螺桿泵的特點
單螺桿泵由于結構和工作特性，與活塞泵離心泵、葉片泵、齒輪泵相比具有下列諸多優(yōu)點：
能輸送高固體含量的介質(zhì)；
流量均勻壓力穩(wěn)定，低轉速時更為明顯；
流量與泵的轉速成正比，因而具有良好的變量調(diào)節(jié)性；
一泵多用可以輸送不同粘度的介質(zhì)；
泵的安裝位置可以任意傾斜；
適合輸送敏性物品和易受離心力等破壞的物品；
體積小，重量輕、噪聲低，結構簡單，維修方便。
螺桿泵的用途
單螺桿泵可以廣泛用于下列工業(yè)部門，輸送各種介質(zhì)。
化學工業(yè)：酸、堿、鹽液，各種粘滯、糊狀乳狀化學漿液。
勘探采礦：各種鉆探泥漿、采礦用水、浮先漿狀物和浮液。
造船業(yè)：船底污水、污油、各種燃油淡水。
陶瓷工業(yè)：陶土、粘土、釉料。
能源工業(yè)：各種燃油、油煤漿、水煤漿、煤泥及核廢料。
污水處理：污水、污油、淤泥。
造紙業(yè)：各種纖維素紙漿、涂料、黑液。
醫(yī)藥、食品、化妝工業(yè)：各種糧漿果漿、淀粉糊、膏劑、母液、薯泥、酒及酒糟等。
其它農(nóng)林牧副漁業(yè)：也有廣泛用途。
螺桿泵的選用
選用泵的規(guī)格是根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和流量、壓力來決定的，而泵的轉速則由輸送液體的粘度和腐蝕性、作為主要參數(shù)來選擇，才能確保泵的可靠運行。于此推薦（圖二）供參考。
泵的設計轉速為輸送清水或清水相類似的無腐蝕性液體時允許最高轉速，在實際使用中因介質(zhì)性質(zhì)與壽命要求不同，選用時一般都應低于設計轉速，對高粘度和含顆粒介質(zhì)，一般采用設計轉速的 1/2-1/3 或更低些，低轉速對泵的磨損有利，但在使用后由于定子的磨損流量下降，這時可適當提高轉速，以補償流量下降也為常策。輸送介質(zhì)的溫度應在 -10 ℃～80℃特殊情況可高達120℃。
泵的每級（定子的一個導程）正常壓力為 0.6Mpa，短時間（不超過30分鐘）內(nèi)允許高達0.8Mpa，當磨損后在相同輸出壓力時的容積效率要逐步下降。
泵送清水時最高吸程為 8米，實際使用建議不超過6.5米，當泵送高粘度介質(zhì)時，應以正壓吸入。 |
