單螺桿泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析(含全套CAD圖紙)

1、全套設(shè)計(jì)（圖紙）加 36396305 目 錄摘要 . IIAbstract. III1 緒 論 . 1 1.1 研究背景及研究意義 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究綜述. 1 1.2.1 國(guó)外螺桿泵的應(yīng)用現(xiàn)狀 . 1 1.2.2 國(guó)內(nèi)螺桿泵的應(yīng)用現(xiàn)狀 . 2 1.4 本題的研究?jī)?nèi)容和方法 . 32 單螺桿泵概述 . 4 2.1 引言. 4 2.2 基本結(jié)構(gòu)和工作原理 . 5 2.3 性能參數(shù). 8 2.4 應(yīng)用特點(diǎn). 10 2.5 單螺桿泵的特性. 11 2.6 單螺桿泵的選用. 113 單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能計(jì)算. 13 3.1 單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 13 3.1.1 螺桿和襯套尺寸的確定 . 1

2、3 3.1.2 螺桿和襯套的型線設(shè)計(jì) . 14 3.2 單螺桿泵材料的選用 . 18 3.3 單螺桿泵的加工制造 . 20 3.3.1 螺桿的加工 . 20 3.3.2 單螺桿泵橡膠定子的加工 . 20 3.4 單螺桿泵的性能計(jì)算 . 224 單螺桿泵應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì). 245 單螺桿泵的性能分析與運(yùn)動(dòng)仿真. 27 5.1 單螺桿泵的性能分析 . 27 5.2 單螺桿泵三維模型的建立 . 276 結(jié)論與展望 . 30 6.1 結(jié)論. 30 6.2 展望. 30謝 辭 . 32參考文獻(xiàn) . 33 I 摘 要 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種液體的輸送顯得尤為重要，而作為液體傳動(dòng)工具的單螺桿泵亦顯得舉足輕

3、重。工業(yè)的發(fā)展對(duì)單螺桿泵提出了更高的要求，某些特定的行業(yè)用單螺桿泵的工作條件十分惡劣，研制和開發(fā)使用性能良好的單螺桿泵將帶來廣闊的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。為更好的滿足特定工作條件的需要，本論文詳細(xì)闡述了單螺桿泵的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 并在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論體系基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)手段和工具，根據(jù)給定的流量、壓力來設(shè)計(jì)和選取合適的單螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成對(duì)單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、主要性能計(jì)算和影響因素分析，在此基礎(chǔ)上利用三維建模手段，建立有效的單螺桿泵三維模型，對(duì)所設(shè)計(jì)的單螺桿泵進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)仿真，為其性能進(jìn)一步改進(jìn)提供了一定參考。 關(guān)鍵詞: 單螺桿泵 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 性能 影響因素 II Abstract Wi

4、th the continuous development of industrial technology a variety of liquidtransportation is particularly important and the single-screw pump a tool of fluidtransmission becomes also critical. Higher requirements are made to meet thedemand of the industrial development on the single-screw pump and so

5、me certainindustries with a single-screw pump are under terrible conditions. It shows thatresearching and developing the single-screw pump of good performance will bring abroad social and economic benefits. To meet the better needs of specific workingconditions this paper explains clearly the workin

6、g principle and structural features ofsingle-screw pump and designs and selects the appropriate single-screw pumpparameters by a given flow and pressure on the basis of the traditional theoreticalsystem and using of existing design methods and tools. So that the structural designcalculations key per

7、formance computing and influencing factors analysis arecompleted. After that we establish an effective single-screw pump three-dimensionalmodel by using of three-dimensional modeling for the simple kinematics simulationon the single-screw pump designed the results show that it can provide a referenc

8、efor single-screw pump performance improvement. Key Words: single-screw pump structural design performance influence factor III 全套設(shè)計(jì)（圖紙）加 36396305 1 緒 論1.1 研究背景及研究意義 在我國(guó)的國(guó)民生產(chǎn)和生活中，泵作為一種輸送液體的心臟倍受各行各業(yè)所重視。單螺桿泵輸送流量、壓力穩(wěn)定，無(wú)脈動(dòng)。 單螺桿泵輸送變轉(zhuǎn)速即可改變輸出流量，可用作計(jì)量投加。 吸入能力強(qiáng)，工作噪聲小，無(wú)泄漏，無(wú)溫升。單螺桿泵輸送適應(yīng)范圍廣，可輸送一切流動(dòng)介質(zhì)甚至非流動(dòng)物料。單螺桿泵

9、能輸送高固體含量的介質(zhì)；流量均勻壓力穩(wěn)定，低轉(zhuǎn)速時(shí)更為明顯；流量與泵的轉(zhuǎn)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；適合輸送敏感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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。 正是由于上述特點(diǎn)，使得單螺桿泵應(yīng)用廣泛，領(lǐng)域涉及石油工業(yè)、化工及制藥、環(huán)境工程、礦產(chǎn)工程、食品工業(yè)、造紙行業(yè)。 在國(guó)內(nèi)，螺桿泵的使用時(shí)間短，對(duì)其研究起步相對(duì)較晚，因此在生產(chǎn)中還有許多管理上和技術(shù)上的問題需要解決。隨著螺桿泵應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，對(duì)螺桿泵技術(shù)要求也越來越高，為適應(yīng)螺桿泵在其應(yīng)用領(lǐng)域快速發(fā)展的要求，有關(guān)螺桿泵的研究方向和內(nèi)容呈現(xiàn)出比

10、較活躍的趨勢(shì)。 工業(yè)的發(fā)展對(duì)單螺桿泵提出了更高的要求， 某些特定的行業(yè)用單螺桿泵的工作條件十分惡劣，如何提高單螺桿泵易損件的工作壽命，更好的滿足需要，是單螺桿泵設(shè)計(jì)和校核的關(guān)鍵。針對(duì)螺桿泵理論和結(jié)構(gòu)上存在的問題，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論體系基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)手段和工具，設(shè)計(jì)出一種較為合理的單螺桿泵，緩減或解決螺桿泵在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用中所存在的具體問題， 提高螺桿泵的壽命和效率，降低成本。1.2 國(guó)內(nèi)外研究綜述1.2.1 國(guó)外螺桿泵的應(yīng)用現(xiàn)狀 單螺桿泵是 1932 年由法國(guó)工程師 Moineau 發(fā)明，并由德國(guó) PCM 泵公司制 1 全套設(shè)計(jì)（圖紙）加 36396305 成產(chǎn)品。近年國(guó)內(nèi)外采油（氣）設(shè)備

11、的發(fā)展趨勢(shì)是向大排量、大功率、耐高溫、耐高壓的方向發(fā)展；向自動(dòng)化、智能化和遙控監(jiān)測(cè)方向發(fā)展；向具有保護(hù)報(bào)警、優(yōu)化記錄及顯示功能方向發(fā)展；向采油工藝多適應(yīng)性方向發(fā)展，既能適應(yīng)含水、含氣、含砂、含石蠟、稠油和低滲透油藏的采油需要，又能滿足定向井、水平井和深井采油工藝的需要。 并且國(guó)外一些制造廠家已經(jīng)先后推出了大型單螺桿泵產(chǎn)品。加拿大約 40的重油井使用螺桿泵采油，其中一石油公司采用PCM/IFP 聯(lián)合公司生產(chǎn)的 Rodemip 地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)，井下部分連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)了兩年，地面部分 5 年，投資與維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用均較低。發(fā)展大流量和高壓力的單螺桿潛油泵是國(guó)外螺桿泵的主要發(fā)展趨勢(shì)。 發(fā)展這種產(chǎn)品主要是

12、為了滿足一些大流量且含油水混合物的小口徑深油井的需要。 單螺桿泵廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有約 60 年的歷史，但歐洲直到 1985 年前后才開始利用這種泵進(jìn)行深井采油。由于單螺桿泵在石油工業(yè)中的輸液范圍很廣，從低粘度到高粘度以及氣-液兩相流體，因此發(fā)展大流量高壓力的單螺桿泵的市場(chǎng)前景廣闊。發(fā)展高壓螺桿泵的另一個(gè)目的是為了高粘度原油的開采。目前，單螺桿泵的最大壓力已經(jīng)達(dá)到200bar，英國(guó) AG 泵公司和法國(guó) PCM 泵公司均生產(chǎn)這種高壓?jiǎn)温輻U泵（流量范圍 20500 m 3 /h，級(jí)數(shù) 120 級(jí)）。由于這種高壓?jiǎn)温輻U泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、耐磨性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此國(guó)外越來越多地使用這種螺桿泵來

13、開采含有大量固體顆粒、高粘度的原油。1.2.2 國(guó)內(nèi)螺桿泵的應(yīng)用現(xiàn)狀 我國(guó)螺桿泵的發(fā)展起步較晚原天津市工業(yè)泵廠于 20 世紀(jì) 60 年代初期研制成功船用高壓小流量三螺桿泵此后逐步發(fā)展成為單、雙、三螺桿泵的專業(yè)生產(chǎn)廠。60 年代中期原沈陽(yáng)水泵廠開始生產(chǎn)雙螺桿泵和三螺桿泵70 年代研制成功五螺桿泵。 1984 年 6 月天津工業(yè)泵總廠與世界著名的德國(guó)阿爾維勒公司簽定三螺桿泵制造技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同；1992 年 2 月與德國(guó)鮑曼公司簽定合同引進(jìn)單、雙螺桿泵制造技術(shù)。為了提高螺桿泵轉(zhuǎn)子加工精度天津工業(yè)泵總廠先后從英國(guó)霍爾羅伊德公司購(gòu)進(jìn)高精度螺桿泵轉(zhuǎn)子加工專用銑床購(gòu)進(jìn)該公司螺桿泵轉(zhuǎn)子專用2AC 銑床、刀具及檢

14、查設(shè)備。購(gòu)進(jìn)奧地利一型加長(zhǎng)螺桿加工專用銑床。第二次購(gòu)進(jìn)英國(guó)霍爾羅伊德公司加長(zhǎng)螺桿加工專用銑床、大直徑螺桿加工高精度專用銑床以及銑刀制造技術(shù)及電子檢查儀器。 年湖北石首水泵廠引進(jìn)原捷克斯洛伐克西格瑪公司單螺桿泵制造技術(shù)及空心管壓制單螺桿泵轉(zhuǎn)子設(shè)備。 目前，我國(guó)對(duì)螺桿泵地面裝置進(jìn)行了改進(jìn)，使螺桿泵的轉(zhuǎn)速、排量可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，以適應(yīng)不同井況的需要。但是時(shí)至今日，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品基本上局限于小型單螺桿泵，缺乏大型單螺桿泵產(chǎn)品，且在泵的結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)等方面有待于改進(jìn)和提高，并普遍存在泵性能和可靠性不高的問題， 21.4 本題的研究?jī)?nèi)容和方法 本文首先概述了課題的背景選題的意義以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和今后的發(fā)展趨

15、勢(shì)和研究重點(diǎn)，并簡(jiǎn)要介紹了本文研究思路；第 2 章概述了單螺桿泵的應(yīng)用概況、結(jié)構(gòu)原理和工作特點(diǎn)等相關(guān)理論；第 3 章概述了單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、主要性能計(jì)算和影響因素分析；第 4 章，根據(jù)給定的流量、壓力來設(shè)計(jì)和選取合適的單螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成對(duì)單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、主要性能計(jì)算；第 5 章，完成對(duì)其影響因素的分析，并借助三維建模手段，實(shí)現(xiàn)單螺桿泵三維模型建立，以及簡(jiǎn)單仿真，為其性能改進(jìn)提供參考；第 6 章，對(duì)全文做出了總結(jié)。本課題主要采用文獻(xiàn)調(diào)研法，理論設(shè)計(jì)分析法、計(jì)算法及三維建模法等研究方法。采用文獻(xiàn)調(diào)研法，通過查閱圖書館、圖書館網(wǎng)數(shù)字資源中的學(xué)術(shù)雜志、學(xué)術(shù)期刊等，收集國(guó)內(nèi)外的相關(guān)信息資料

16、，并對(duì)資料進(jìn)行整理，通過理論設(shè)計(jì)分析法、計(jì)算法，對(duì)這些數(shù)據(jù)資料進(jìn)行理論歸納分析及計(jì)算，完成對(duì)單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、主要性能計(jì)算和影響因素分析，并系統(tǒng)地做出報(bào)告。最后再通過三維建模手段，實(shí)現(xiàn)單螺桿泵三維模型建立，以及簡(jiǎn)單仿真，為其性能改進(jìn)提供參考。 3 2 單螺桿泵概述2.1 引言 單螺桿泵于 1932 年由法國(guó)工程師莫諾（MoiNeau）發(fā)明，并由法國(guó) PCM 泵業(yè)分公司首先生產(chǎn)，故也被稱為莫諾泵（MONO） 。莫諾泵還被稱為偏心螺桿泵、轉(zhuǎn)子偏心泵、曲桿泵、濃漿泵和蛇泵等，在我國(guó)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以正式定名為單螺桿泵。 它既適合輸送低粘度如水等介質(zhì)， 還尤其適合輸送含有輸送含有固體顆粒或短纖維的懸浮液

17、，以及粘度非常高的介質(zhì)。它廣泛地用于石油、化工、建筑、環(huán)保、船舶、紡織、冶金、采礦、印刷與造紙業(yè)、食品、釀造、醫(yī)藥和日用化工等領(lǐng)域， 發(fā)展前景遠(yuǎn)大。目前莫諾泵輸送固體顆粒的最大尺寸為不超過轉(zhuǎn)子的偏心距，含量已可達(dá)到介質(zhì)的 60左右，粉狀顆?？蛇_(dá)到 70和最長(zhǎng)纖維長(zhǎng)度不超過 0.4 倍轉(zhuǎn)子螺距。它成功地輸送了其他泵難以完成的諸如水泥漿、陶土糊、水煤漿、水泥涂料和膨潤(rùn)土等含固體顆粒比例很高、粘度又大的介質(zhì)。水煤漿技術(shù)作為潔凈煤工程和煤漿加工的一種新途徑，它的制備和輸送越來越受到重視，但是由于水煤漿不僅流動(dòng)性差， 而且成分為 65的煤粉、30為水和 5為添加劑，煤粉中還含有大量硬顆粒礦物。很多使用場(chǎng)

18、合要求排出壓力達(dá) 1.8-2.4mpa，甚至更高些。 盡管由于嚴(yán)重的磨蝕等因素影響到主要零件定子和轉(zhuǎn)子的壽命，通常定子壽命僅 200h，轉(zhuǎn)子也僅 800h 左右，但運(yùn)行可靠；且我國(guó)至今尚無(wú)可替代的設(shè)備，因此在水煤漿廠和發(fā)電廠螺桿泵選型時(shí)單螺桿泵仍得到廣泛應(yīng)用。 莫諾泵另一突出的特點(diǎn)是特別適宜輸送不能受剪切、 擠壓或攪動(dòng)的敏感性液體，即受到剪切等會(huì)呈現(xiàn)觸變性質(zhì)的非牛頓液體。在輸送膠狀液體如某些化妝品等時(shí)， 必須注意泵的轉(zhuǎn)速與輸送介質(zhì)特性的匹配。因?yàn)榇蟛糠值哪z狀液體在靜止時(shí)成粘糊狀態(tài)，甚至?xí)枪虘B(tài)，但在攪動(dòng)后就會(huì)變得較易流動(dòng)的半流動(dòng)狀態(tài)，這種現(xiàn)象即為膠狀液體具有觸變現(xiàn)象，故必須選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，注意

19、不使觸變破壞介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 莫諾泵已被采油系統(tǒng)廣為應(yīng)用。 它在原油開采中使用由地面電動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)或液壓三種驅(qū)動(dòng)裝置， 通過抽油桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)把動(dòng)力傳送到井下，驅(qū)動(dòng)單螺桿采油，以及電動(dòng)機(jī)安裝在井內(nèi)的單螺桿泵下面的電動(dòng)潛油螺桿泵采油。這兩種新型的采油機(jī)械與傳統(tǒng)的梁式抽油泵（即利用抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)抽油）相比。不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、造價(jià)低，不需要混凝土基礎(chǔ)，安裝方便，而且采油效率高， 一般可增加采油量 1.8-7.3 倍；一般節(jié)約電耗達(dá) 26-50。 法國(guó) PCP/IEP聯(lián)合公司的 RODEMIP 地面驅(qū)動(dòng)功率較小的單螺桿泵采油系統(tǒng)，節(jié)電甚至達(dá)60-75；效率更是高得多；使用梁式抽油有桿泵系統(tǒng)的

20、平均效率僅為 11.6，用單螺桿泵開采稠油的系統(tǒng)平均效率為 39.1。 這種新型的采油機(jī)械普遍用于抽吸高粘度、高含蠟油、高含砂稠油和高汽油比的原油等，現(xiàn)在又?jǐn)U大用于含水率80以上的高含水深井采油，在原油開采中顯示出強(qiáng)大的生命力。一般在井下連續(xù)工作一年左右， 加拿大 corod 公司生產(chǎn)的螺桿泵采油系統(tǒng)泵的效率最高達(dá) 78，正常使用條件下免修期為 1-1.5 年，實(shí)際使用壽命最高可達(dá) 3 年以上，而且維護(hù) 4保養(yǎng)較為方便。 圖 1 單螺桿泵結(jié)構(gòu)示意圖2.2 基本結(jié)構(gòu)和工作原理 單螺桿泵圖 1、2是一種內(nèi)嚙合的密閉式螺桿泵。它主要由螺桿、襯套、萬(wàn)向聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸和泵軸等零部件組成，靠螺桿與襯套之間的內(nèi)嚙合相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使嚙合密封腔沿軸向運(yùn)動(dòng)，從而完成輸液過程。 圖 2 單螺桿泵 1壓出管 2襯套 3螺桿 4萬(wàn)向聯(lián)軸器 5吸入管 6傳動(dòng)軸 7軸封 8托架 9軸承 10泵軸 單螺桿泵屬于轉(zhuǎn)子式容積泵，它是依靠螺桿與襯套相互嚙合在吸入腔和排出腔產(chǎn)生容積變化來輸送液體的。它是一種內(nèi)嚙合的密閉式螺桿泵，主要工作部件由具有雙頭螺旋空腔的襯套（定子）和在定子腔內(nèi)與其嚙合的單頭螺旋螺桿（轉(zhuǎn)子）組成。當(dāng)輸入軸通過萬(wàn)向節(jié)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子繞定子中心作行星回轉(zhuǎn)時(shí)，定子 轉(zhuǎn)子副就連續(xù)地嚙合形成密封腔，這些密封腔容積不變地作勻速軸向運(yùn)動(dòng)，把輸送 5介質(zhì)從吸入端經(jīng)定子 轉(zhuǎn)子副輸送至壓出端， 吸入密閉腔內(nèi)的介質(zhì)