螺桿泵選型及分類

上海意嘉泵業生產的螺桿泵屬容積式轉子泵，誕生于1931年。由于結構獨特，有自吸能力、效率高、體積小、工作可靠，且可輸送粘度范圍寬廣的各種介質，螺桿泵被廣泛應用于石油化工、航運、電力、機械液壓系統、食品、造紙、污水處理等工業部門。

作為節能和節材產品，螺桿泵在我國的應用范圍正在不斷擴大，需求量連年增長，越來越受到重視。雖然我國國內的螺桿泵與國外專業公司相比還存在差距，但隨著我國螺桿泵科研力量的投入及應用實踐的增多，螺桿泵在替代原來傳統技術方面必將取得良好的使用效果，實現節能、節材效益。

螺桿泵的分類

螺桿泵的家族雖然稱不上龐大，但是按照螺桿的標準，它也可以分為不同的類型。本文著重介紹最為常用的單螺桿泵、雙螺桿泵以及三螺桿泵。

1、 單螺桿泵：

單螺桿泵是一種新型的內嚙合回轉式容積泵。主要工作部件是偏心螺桿（轉子）和固定的襯套（定子）。

與其他泵相比，單螺桿泵有著自己獨特的優勢：

和離心泵相比，單螺桿泵不需要裝閥門，而流量是穩定的線性流動。

和柱塞泵相比，單螺桿泵具有更好的自吸能力。

和隔膜泵相比，單螺桿泵可輸送各種混合雜質，含有氣體及固體顆粒或纖維的介質，也可輸送各種腐蝕性物質。

和齒輪泵相比，單螺桿泵可輸送高粘度的物質。

與柱塞泵、隔膜泵及齒輪泵不同的是，單螺桿泵可用于藥劑填充和計量。

2.雙螺桿泵：

單從結構上而言，雙螺桿泵是外嚙合的螺桿泵。它利用相互嚙合，互不接觸的兩根螺桿來抽送液體。在結構型式上雙螺桿泵也很齊全，有臥式、立式、帶加熱套等各種類型，可以輸送有顆粒的低粘度或高粘度介質，根據顆粒大小調節螺桿間距，選用正確的材質，甚至可以輸送許多腐蝕性介質。

雙螺桿泵作為一種容積式泵，泵內吸入室應與排出室嚴密地隔開。這就要求泵體與螺桿外圓表面及螺桿與螺桿間隙應盡可能小些。同時螺桿與泵體、螺桿與螺桿間又相互形成密封腔，保證密閉，否則就可能有液體從間隙中倒流回去。

雙螺桿泵獨特的結構使它可以實現無攪拌、無脈動、平穩的輸送各種介質；由于泵體結構保證泵的工作元件內始終存有泵送液體作為密封液體，因此雙螺桿泵有很強的自吸能力，且能汽液混輸。雙螺桿泵的特殊設計還保證了泵有高的吸入性能即很小的NPSHr值。

雙螺桿泵又可分為內置軸承和外置軸承兩種形式。在內置軸承的結構型式中軸承由輸送物進行潤滑。外置軸承結構的雙螺桿泵則是工作腔同軸承分開。這種泵的結構和螺桿間存在側間隙，獨立潤滑的外置軸承允許其輸送各種非潤滑性介質。此外，調整同步齒輪使得螺桿不接觸，同時將輸出扭矩的一半傳給從動螺桿。如所有螺桿泵一樣，外置軸承式雙螺桿泵也有自吸能力，而且多數泵輸送元件本身都是雙吸對稱布置，可消除軸向力，也有很大的吸高。

外置軸承的雙螺桿泵結構的優點大大拓寬了雙螺桿泵的使用范圍，即：除了輸送潤滑性良好的介質外，還可輸送大量的非潤滑性介質，各種粘度（最高粘度可達3*106mm/s）的介質以及具有腐蝕性（酸、堿等性質），磨蝕性的液體；

另外雙螺桿泵由于其恒定間隙的存在以及型線上的特點，其屬于非密封型容積泵，因此除了輸送純液體外，還可輸送氣體和液體的混合物，即汽液混輸，這也是雙螺桿泵非常獨特的優點之一；雙螺桿泵還可干轉：由于運動部件在工作時互不接觸，因此短時的干轉不會破壞泵元件，這種特點給自動控制的流程提供了極大的方便，但干運轉時間受多種因素限制，一般很短。另外雙螺桿泵在輸送過程中無剪切，無乳化作用，因此不會破壞分子鏈結構和工況流程中所形成的特定的流體性質，并且由于傳動依靠同步齒輪，泵運轉噪音低，振動小，工作平穩。

外置軸承式雙螺桿泵的種種特性使它在油田化工和船舶工業中得到了廣泛的應用。它還可根據各種使用情況分別采用普通鑄鐵、不銹鋼等不同材料制造；輸送溫度可達250℃；而且具有不同方式的加熱結構，理論流量可達2000立方米/小時。

3. 三螺桿泵：

三螺桿泵是轉子式容積泵，它是利用螺桿嚙合原理，依靠旋轉的螺桿在泵套內相互嚙合。

它主要是由固定在泵體中的襯套(泵缸)以及安插在泵缸中的主動螺桿和與其嚙合的兩根從動螺桿所組成。三根互相嚙合的螺桿，在泵缸內按每個導程形成為一個密封腔，造成吸排口之間的密封。

三螺桿泵把被輸送的介質封閉在嚙合腔內，沿螺桿軸向連續勻速地推至排出口，為系統提供穩定的壓力。工作時，兩端分別作用液體的吸排壓力，對螺桿產生軸向推力。此外，還通過主動螺桿的中央油孔將 高壓油引入各螺桿軸套的底部，從而在螺桿下端會產生一個與軸向推力方向相反的平衡推力。所以，對于壓差小于10千克力/cm2的小型泵，可以采用止推軸承。

由于兩從動螺桿與主動螺桿左右對稱嚙合，三螺桿泵作用在主動螺桿上的徑向力完全平衡，主動螺桿不承受彎曲負荷。從動螺桿所受徑向力沿其整個長度都由泵缸襯套來支承，不需要在外端另設軸承，基本上也不承受彎曲負荷。在運行中，螺桿外圓表面和泵缸內壁之間形成的一層油膜，可防止金屬之間的直接接觸，使螺桿齒面的磨損大大減少。

三螺桿泵和其它容積泵一樣，當泵的排出口完全封閉時，泵內的壓力就會上升到使泵損壞或使電動機過載的危險程度。所以，在泵的吸排口處，就必須設置安全閥。軸封通常采用機械軸封，并可根據工作壓力高低采取不同的形式。

三螺桿泵顯著的特點是結構簡單、壓力脈動小、流量穩定、工作平穩可靠、允許高轉速、噪音低、效率高、壽命長，有自吸能力。根據所輸送介質需要，螺桿泵裝置可提供加熱或冷卻結構。它適用于輸送各種無腐蝕性油類及類似油和潤滑性液體。輸送液體的粘度范圍一般為3.0~760mm2/s(1.2~100°E)，高粘度介質可通過加溫降粘后輸送，其溫度一般不超過150℃。其流量范圍一般為0.2~250m3/h，最高工作壓力可達4MPa。

目前，三螺桿泵廣泛應用于石油、化纖、冶金、機械、電力、機床、船舶、玻璃、公路等各行各業。三螺桿泵適用于輸送燃料油、潤滑油、液壓油、原油、瀝青及其他類似油的潤滑性液體。三螺桿泵在工業領域中作潤滑泵，在液壓系統中作液壓泵，在燃油系統中作輸送及增壓泵；在輸油系統中作輸送及加油泵。

 
螺桿泵的工作原理及性能

雖然螺桿泵有著不同的類型，應用于不同領域螺桿泵的特點也不盡相同。但從根本而言，螺桿泵的基本工作原理是一致的。

1、螺桿泵的基本工作原理
螺桿泵是利用螺桿的回轉來吸排液體的。中間螺桿為主動螺桿，由原動機帶動回轉，兩邊的螺桿為從動螺桿，隨主動螺桿作反向旋轉。

各螺桿相互嚙合，螺桿與襯筒內壁緊密配合，在泵的吸入口和排出口之間， 就會被分隔成一個或多個密封空間。隨著螺桿的轉動和嚙合，這些密封空間在泵的吸入端不斷形成，將吸入室中的液體封入其中，并自吸入室沿螺桿軸向連續地推移至排出端，將封閉在各空間中的液體不斷排出。這就是螺桿泵的基本工作原理。

從上述工作原理可以看出，可以更清晰地了解螺桿泵的優點：

壓力和流量范圍寬闊；運送液體的種類和粘度范圍寬廣；因為泵內的回轉部件慣性力較低，故可使用很高的轉速；吸入性能好，具有自吸能力；流量均勻連續，振動小，噪音低；與其它回轉泵相比，對進入的氣體和污物不太敏感；結構堅實，安裝保養容易。

相應地，螺桿泵存在的缺點也比較明顯：螺桿的加工和裝配要求較高；泵的性能對液體的粘度變化比較敏感。

2、螺桿泵的性能
螺桿泵的性能參數有兩項：排量、功率。

螺桿泵的理論排量可由下式計算：Qt=60Ftn m3/h；其內部泄漏量一般用Qs來表示：Qs=αp/σm。

泵在壓送不同粘度的液體時，其排量會發生變化。

排量和粘度的關系可由下式表示：Q2=Qt-(Qt-Q1)(σ1/σ2)m

螺桿泵的軸功率一般為水功率、摩擦功率和泄漏損失功率這三部分的總和。

水功率是指單位時間內泵傳給液體的能量，也稱輸出功率；摩擦功率是指液體粘性阻力產生的摩擦損失；泄漏損失是指液體從高壓處漏回低壓處所造成的功率損失。 當泵運送的液體粘度不同時，泵的軸功率也將不同。

 
螺桿泵的選型

螺桿泵應用廣泛，有“螺桿泵可以輸送任何介質”的說法。但這不是說某一種螺桿泵可輸送所有的介質，而是根據介質的特性和性能參數數要求可以選擇螺桿泵的不同類型。如果無意中挑選到不合適的泵螺桿泵，很有可能會帶來不必要的麻煩。單螺桿泵、雙、三和五螺桿泵，各有優點，在推廣應用螺桿泵時必須有選擇，只有充分利用其各自的特點，才能更好的實現節能、節材、增效益或滿足某種特殊要求。下面以常見的單螺桿泵、雙螺桿泵以及三螺桿泵為例介紹一些螺桿泵選型中的技巧。

單螺桿泵的選型要點
單螺桿泵的選擇主要集中在以下幾個參數上：

1.單螺桿泵的壓力確定：
單螺桿泵最大輸出壓力是根據襯套級數即襯套（定子）的導程數來確定：

1級：最高工作壓力為0.6 MPa；

2級：最高工作壓力為1.2 MPa；

4級：最高工作壓力為2.4 MPa；

由于輸送介質情況不同，對于含有嚴重磨損性的介質，根據輸送壓力要求來選擇合適的定子級數。

2.單螺桿泵轉速的選擇：
單螺桿泵由于其結構特點，大部分使用在輸送較高粘度的液體及含有顆粒的液體，因此其轉數的選擇非常關鍵。對于單螺桿泵轉速的選擇則主要依據介質的磨損性以及介質粘度。

3.單螺桿泵襯套橡膠材料的選擇：
單螺桿泵襯套為橡膠制品，也是單螺桿泵的一個易損件，它的選擇好壞，直接影響襯套的壽命，一般正常情況下襯套的壽命為3-6個月，如果選用不當，襯套可能從鋼管中脫落或橡膠掉塊。

4.材料組合選擇：
輸送不同性質的介質，需不同材料組合。

5.性能：
一般單螺桿泵的性能表或特性曲線都是以20℃清水為介質（粘度為1cst）時的數據，對于輸送不同粘度下的流量與軸功率不同。

6.軸封：
根據需要和輸送介質，可采用機械密封和填料密封兩種，且這兩種結構具有互換性。

7.泵的驅動方式：
由于單螺桿泵為低速泵，泵的驅動方式較多，一般有低速電機直聯（6級、8級）、齒輪減速電機驅動、無級變速電機驅動等方式。

雙螺桿泵選型技巧：

雙螺桿泵、三螺桿泵統稱為多螺桿泵。多螺桿泵發明以來，已廣泛用于泵送原油、燃料油、潤滑油、動力液、食品、化學劑及合成纖維漿。目前全球約有上百萬臺多螺桿泵在運轉。應用如此廣泛的多螺桿泵在選擇上當然也很為慎重。

對于雙螺桿泵的選擇也即是對其性能參數的選擇：

1.流量：
作為容積式泵，影響雙螺桿泵流量的因素主要有轉速、壓力以及介質的粘度。

螺桿泵在工作時，兩螺桿及襯套之間形成密封腔，螺桿每轉動一周便由進口向出口移出一個密封腔，即一個密封腔體積的液體被排出去。在泵內部不出現泄漏的理想狀態下，泵的流量與轉速成正比。

但實際工作過程中，泵的密封腔有一定的間隙，且密封腔前、后存在壓差，因此，有一部分液體回流，即存在泄漏。隨著密封腔前、后壓差升高，泄漏量逐漸增大。對于不同型線和結構，影響大小也各不相同。

對于雙螺桿泵，粘度大的流體比粘度小的液體的泄漏要小，泄漏量與介質粘度有一定的比例關系。

2.壓力：
雙螺桿泵的工作壓力由出口負載決定，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精確的計算。

3.軸功率：
泵的軸功率分為兩部分，即：液壓功率（壓力液體的能量）和摩擦功率。 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。

摩擦功率是由于運動部件的摩擦而消耗的那部分功率。顯然摩擦功率是隨著工作壓差的增加而增加的，并且介質粘度的增加也會引起液體摩擦功率的增加。因此在選擇配套電機時，介質的粘度也是一個非常重要的參考數據。尤其在輸送高粘度介質時，需要作比較精確的計算。

4.吸上性能：
泵工作分為以下幾個階段：吸入，此時液體連續不斷地沿吸入管道移動；旋轉的螺桿把能量傳給工作液體；壓出，此時液體帶有克服壓出管道系統所有阻力所必需的壓力從泵中排出。

在以上三個階段中，最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，否則就會發生氣蝕，即引起振動，噪音等問題。

5.汽蝕余量：
泵的汽蝕余量與泵的轉速，導程以及泵所輸送介質的粘度等因素都有關系，它隨軸向流速，工作粘度的增大而增大。在吸入條件不好的情況下，宜選擇小導程的雙螺桿泵。這在選型時是很重要的。

6.雙螺桿泵的轉速選擇常牽涉以下問題：
通過選擇合適的泵轉速，以達到適當的性能參數如流量等。

隨著粘度的不同，泵的轉速亦應有所改變。

轉速的選擇實質也是吸上性能的問題，尤其是在高粘度的情況下，如果轉速選得過高，就會引起吸入不足，從而產生噪音和振動等問題。因此需遵照有關原則選擇轉速。

綜上所述，要綜合地考慮以上各種因素，通過一系列的計算才能精確地知道泵的實際流量是否符合工況要求。

三螺桿泵的選型常識：

盡管三螺桿泵有諸多優勢，但若選型不當，則不僅得不到滿意的運行效果，而且會導致泵的噪音和振動，甚至嚴重損壞泵的內部零件，使泵系統不能正常工作，因此，選型人員應多方慎重考慮，合理選型，必要時應向有關技術人員咨詢。

三螺桿泵選型時，要盡可能詳盡地了解泵的使用條件，除了運行參數，如流量，壓力需要清楚以外，輸送介質的特性如介質的腐蝕性，含汽量，含固溶物的比率及固體顆粒的大小，以及介質的工作溫度，粘度，比重，對材料的腐蝕性等和泵裝置的吸入條件，安裝條件均要了解。

類似于單螺桿泵和雙螺桿泵，三螺桿泵的選擇也主要從性能參數上去考慮。

泵轉速的選擇主要是依據被輸送介質粘度和規格來確定其范圍。

輸送高粘度介質時，泵應選低轉速，若粘度較低，相應可選擇高轉速：介質粘度>20°E時，對于大規格的泵（主桿外徑60mm以上），轉速以970rpm或720rpm為宜，如果粘度更高（粘度>80°E）如粘膠液，可降低轉速使用，推薦200-500rpm；對于小規格的泵，介質粘度〉20°E時，轉速以1450rpm或970rpm為宜，如果粘度更高（粘度>80°E），可降低轉速使用，推薦300-600rpm；

由于泵的轉速越高，在相同性能參數下，泵的體積就越小，但由于轉速高，摩擦功率高，泵的磨損就大，壽命就短，如果輸送介質的潤滑性比較差或含有微量雜質，應選擇較低轉速，以使泵保持較長的壽命，推薦在1450rpm以下。

結構的選擇可根據泵的安裝和使用條件參考三螺桿泵的系列和型式來進行，這其中又有四個可參考的原則：輸送潤滑性油類，溫度在80℃以下選擇內置軸承結構的泵；溫度超過80℃或輸送介質潤滑性差時，選擇外置軸承結構的泵；輸送流動性差，粘度較高的介質或需要所輸送介質進行加熱或保溫時選擇雙層加熱泵體結構的泵；高溫輸送時，應選擇耐高溫的材料所制成的泵。

另外，根據不同的情況，要綜合考慮泵的材料組合、吸入能力、配套電機的選配的因素。只要選型得當，維護合理，三螺桿泵就可保證令人滿意的運行。

螺桿泵的驅動方式示意圖：

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