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寧波大紅鷹學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 所在學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級 11機(jī)自1班 學(xué)生姓名 ?袁星 學(xué)號 1121080540?? 指導(dǎo)教師 何潤琴 題 目 G60-1單螺桿泵設(shè)計 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作內(nèi)容與基本要求： 1、主要任務(wù)與目標(biāo) （1）英文翻譯：認(rèn)真查閱18篇以上專業(yè)文獻(xiàn)，其中外文資料不少于2篇，并翻譯一篇中文字符2000字以上的外文文獻(xiàn)。 （2）畢業(yè)調(diào)研：完成文獻(xiàn)綜述、開題報告。 （3）完成G60-1單螺桿泵的總裝圖設(shè)計；完成主要零件（泵體、柱塞等）的設(shè)計，編寫設(shè)計說明書1萬字以上。 （4）完成畢業(yè)設(shè)計的其它工作（完成指導(dǎo)記錄、資料上傳網(wǎng)絡(luò)設(shè)計平臺、答辯PPT準(zhǔn)備、資料裝訂整理）。 2、主要內(nèi)容與基本要求 （1）主要內(nèi)容： 1）深入了解G60-1單螺桿泵的結(jié)構(gòu)； 2）完成G60-1單螺桿泵的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計。 （2）要求： 1）機(jī)構(gòu)設(shè)計方案合理、結(jié)構(gòu)緊湊； 2）完成2張A0圖紙（折合），并要求CAD繪制；總裝圖一張，主要零件的零件圖； 3）撰寫設(shè)計說明書內(nèi)容包括：課題的目的、意義、國內(nèi)外動態(tài)；研究的主要內(nèi)容；總體方案的擬定和主要參數(shù)的設(shè)計計算；螺桿結(jié)構(gòu)的確定，設(shè)計主要零件，進(jìn)行強(qiáng)度計算，條理清楚，計算有據(jù)；格式按寧波大紅鷹學(xué)院機(jī)電學(xué)院機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)全日制普通本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）規(guī)范化要求。文字在1萬字以上。 5）其他要求：學(xué)生在進(jìn)行設(shè)計過程中，應(yīng)充分發(fā)揮自己獨(dú)立思考和創(chuàng)作設(shè)計，培養(yǎng)和鍛煉工程實際中的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，反對盲從和抄襲行為。設(shè)計期間應(yīng)完成以下工作：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，其中外文資料不少于兩篇，外文翻譯不低于2000字，英文翻譯必須注明出處，并提供原版PDF文件； 3、設(shè)計參數(shù) 型號 公稱壓力Mpa 必需汽蝕余量(m) 公稱流量mm3/h 允許最高轉(zhuǎn)速r/min G60-1 0.6 5 22 960 4、主要參考文獻(xiàn) 相關(guān)課程教材； [1]濮良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.5 [2]成大先主編.機(jī)械設(shè)計手冊（第五版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.3 [3]郭宏亮主編.機(jī)械原理[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.12 [4] 李福天主編.螺桿泵[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.5 [5]顧曉勤，劉申全主編.工程力學(xué)Ⅰ[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.1 [6]顧曉勤，劉申全主編.工程力學(xué)Ⅱ[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.1 [7]吳琰琨. 液壓與氣動技術(shù)[M] ．北京：人民郵電出版社,2008 其他 [1] 韓國有; 徐恒斌; 宋玉杰; 陳德海．采油用單螺桿泵排量的優(yōu)化設(shè)計 [J]．石油礦場機(jī)械，2013.（02） [2] 操建平; 孟慶昆; 高圣平; 王向東; 胡貴. 影響螺桿泵密封性能的直接因素分析 [J]. 石油礦場機(jī)械. 2011(11) [3] 何希杰; 勞學(xué)蘇. 螺桿泵現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 [J]. 水泵技術(shù). 2007(05) [4] 李增亮; 石白妮; 魯佳琪; 趙傳偉. 全金屬單螺桿泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 [J].石油機(jī)械.2013(12) [5] 賀向東; 吳恒安; 劉合; 曹剛; 張勁; 王秀喜. 基于溫脹和溶脹特性的螺桿泵定子型線設(shè)計 [J]工程力學(xué). 2011(07) [6] 梁娟;黃棟源. 地面驅(qū)動螺桿泵抽油桿柱負(fù)載扭矩的計算 [J].液壓與氣動. 2014(07) [7] 楊江．螺桿泵與離心泵及其他容積泵的優(yōu)勢比較 [J]內(nèi)江科技，2014（06） 二、畢業(yè)論文進(jìn)度計劃 序號 各階段工作內(nèi)容 起訖日期 備注 1 熟悉課題，了解螺桿泵的相關(guān)情況 確定課題起到2014.10.10日 2 查閱國內(nèi)外相關(guān)研究資料 2014.10.11 —2014.10.31 外文資料不少于兩篇，翻譯不低于2000字，提供原版PDF 3 撰寫文獻(xiàn)綜述 2014.11.01 —2014.11.07 4 撰寫開題報告 2014.11.08 —2014.11.15 11月15日之前3份資料的初稿必須上交，11月30日前上傳定稿到指定網(wǎng)站 5 修改整理前期資料 2014.11.26 —2014.11.30 6 確定螺桿泵的結(jié)構(gòu) 2014.12.01—2014.12.15 必要時去相關(guān)企業(yè)調(diào)查學(xué)習(xí) 7 繪制螺桿泵的結(jié)構(gòu)總圖、零件圖 2014.12.16— 2015.01.21 8 撰寫畢業(yè)論文 2015.01.22— 2015.02.21 9 修改 2015.02.22 —2015.03.31 2015.3.31前提交所有資料到網(wǎng)站。 10 畢業(yè)答辯準(zhǔn)備 2015.04.01—2015.04.30 資料裝訂完善、上交。優(yōu)秀提交時間： 2015年4月13日 11 答辯 2015.04.25 優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計2015年4月18日答辯 三、專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人（簽字）： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題： G60-1 單螺桿泵設(shè)計 所在學(xué)院： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 11機(jī)自5班 姓 名： 袁星 學(xué) 號： 1121080540 指導(dǎo)教師： 何潤琴 2015 年 3 月 10 日 開題報告內(nèi)容：（調(diào)研資料的準(zhǔn)備，設(shè)計/論文的目的、要求、思路與預(yù)期成果；任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排；完成設(shè)計（論文）所具備的條件因素等。） 1、 調(diào)研資料的準(zhǔn)備 從學(xué)校圖書館下載與題目相關(guān)的期刊文獻(xiàn)，學(xué)校圖書館Spring里下載外文文獻(xiàn)。 2、 單螺桿泵概述 1.單螺桿泵簡介 單螺桿泵是一種內(nèi)嚙合的密封式轉(zhuǎn)子型容積泵，特別適合于輸送含固體顆粒雜質(zhì)和高黏度介質(zhì)的液體，廣泛應(yīng)用于污水處理、 石油、 化工、 食品、 制藥、 造紙和其他工業(yè)，特別在采油方面有非常大的用處。 2.研究背景、意義及目的 在我國的國民生產(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。60年代中期以來，在石油鉆采機(jī)械里出現(xiàn)了一種新型的水力機(jī)械，它的結(jié)構(gòu)、原理和特性既不同于傳統(tǒng)的往復(fù)式水力機(jī)械，又相區(qū)別于傳統(tǒng)的葉片式水力機(jī)械，這就是單螺桿式水力機(jī)械。單螺桿式水力機(jī)械在機(jī)械采油設(shè)備方面的應(yīng)用，出現(xiàn)了采油用單螺桿泵，包括電動潛油單螺桿泵、液動式單螺桿泵和井口驅(qū)動式單螺桿泵等，它們在抽汲高粘度、高含氣量和含砂量的原油中具有獨(dú)特的效果。研制開發(fā)使用性能良好的單螺桿泵將帶來廣闊的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。 石油工業(yè)的發(fā)展對單螺桿泵提出了更高的要求，在石油工程中用單螺桿泵的工作條件十分惡劣，怎么樣才能提高單螺桿泵易損件的工作壽命，更好的滿足經(jīng)濟(jì)需要，是此次單螺桿泵設(shè)計和檢驗的關(guān)鍵。為提高工作效率減少損耗可以從它的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行設(shè)計，目前對于單螺桿泵的設(shè)計和改進(jìn)國內(nèi)相對于國外還處于比較落后的水平。 設(shè)計出合理的單螺桿泵解決在現(xiàn)場實際使用中存在的問題，提高螺桿泵的使用壽命和采油效率，降低采油成本，是本文所研究的目的。 3.研究現(xiàn)況 （1）國外螺桿泵的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 單螺桿泵是1932年由法國工程師Moineau發(fā)明，并由德國PCM泵公司制成產(chǎn)品。近年國內(nèi)外采油（氣）設(shè)備的發(fā)展趨勢是向大排量、大功率、耐高溫、耐 高壓的方向發(fā)展；向自動化、智能化和遙控監(jiān)測方向發(fā)展；向具有保護(hù)=報警、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。并且國外一些制造廠家已經(jīng)先后推出了大型單螺桿泵產(chǎn)品。 （2）國內(nèi)螺桿泵的應(yīng)用現(xiàn)狀 我國螺桿泵制造和應(yīng)用的時間，泵的制造和配套應(yīng)用都存在不少問題。我國天津市工業(yè)泵廠于60年代初研制成功船用高壓小流量三螺桿泵，并擴(kuò)展為單、雙、三螺桿泵專業(yè)廠。天津工業(yè)泵廠于1984年引進(jìn)德國Allweiler公司的制造技術(shù)和英國Holroyd公司的2AC螺桿銑床和配套設(shè)備后，我國才開始批量生產(chǎn)螺桿泵。比國外整整落后了20年。 3、 主要研究內(nèi)容 1.了解單螺桿泵的工作原理； 2.深入了解G60-1單螺桿泵的結(jié)構(gòu)； 3.理解螺桿螺旋線的定義及原理； 4. 完成G60-1單螺桿泵的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計； 5. 完成主要零件（泵體、柱塞等）的設(shè)計； 6. 在AutoCAD軟件下設(shè)計出整體裝配圖。 4、 擬采用的研究思路（方法、技術(shù)路線、可行性論證等） 1.查閱資料了解了單螺桿泵的應(yīng)用概況、結(jié)構(gòu)原理和工作特點(diǎn)等相關(guān)理論； 2.接下來概述了單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、主要性能計算和影響因素分析； 3.根據(jù)給定的流量、壓力來設(shè)計和選取合適的單螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成對單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、主要性能計算； 4.完成對其影響因素的分析； 5.最后通過一個設(shè)計實例鞏固了單螺桿泵設(shè)計的原理。 通過理論設(shè)計分析法、計算法，對這些數(shù)據(jù)資料進(jìn)行理論歸納分析及計算，完成對單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、主要性能計算和影響因素分析，并系統(tǒng)地做出報告。 5、 任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排 序號 起訖日期 各階段工作內(nèi)容 1 確定課題起到2014.10.10日 熟悉課題，了解螺桿泵的相關(guān)情況 2 2014.10.11 —2014.10.31 查閱國內(nèi)外相關(guān)研究資料 3 2014.11.01 —2014.11.07 撰寫文獻(xiàn)綜述 4 2014.11.08 —2014.11.15 撰寫開題報告 5 2014.11.26 —2014.11.30 修改整理前期資料 6 2014.12.01—2014.12.15 確定螺桿泵的結(jié)構(gòu) 7 2014.12.16— 2015.01.21 繪制螺桿泵的結(jié)構(gòu)總圖、零件圖 8 2015.01.22— 2015.02.21 撰寫畢業(yè)論文 9 2015.02.22 —2015.03.31 修改 10 2015.04.01—2015.04.30 畢業(yè)答辯準(zhǔn)備 6、 主要參考文獻(xiàn) [1]濮良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.5 [2]成大先主編.機(jī)械設(shè)計手冊（第五版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.3 [3]郭宏亮主編.機(jī)械原理[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.12 [4] 李福天主編.螺桿泵[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.5 [5]顧曉勤，劉申全主編.工程力學(xué)Ⅰ[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.1 [6]顧曉勤，劉申全主編.工程力學(xué)Ⅱ[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.1 [7]吳琰琨. 液壓與氣動技術(shù)[M] ．北京：人民郵電出版社,2008 指導(dǎo)教師審核意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 分 類 號 密 級 寧寧波大紅鷹學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文) G60-1單螺桿泵設(shè)計 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 2015 年 3 月 31 日 誠 信 承 諾 我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設(shè)計（論文）《G60-1單螺桿泵設(shè)計》均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔(dān)。 承諾人（簽名）： 年 月 日 摘 要 G60-1單螺桿泵是一種新型的內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)式容積泵。具有效率高、自吸能力強(qiáng)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，對各種難以輸送的介質(zhì)都可用本泵來輸送。它主要由螺桿、襯套、萬向聯(lián)軸器、傳動軸和泵軸等零部件組成，靠螺桿與襯套之間的內(nèi)嚙合相對運(yùn)動，使嚙合密封腔沿軸向運(yùn)動，從而完成輸液過程。 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)計理論體系基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的設(shè)計手段和工具，根據(jù)給定的流量、壓力來設(shè)計和選取合適的單螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成對單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、主要性能計算和影響因素分析，在此基礎(chǔ)上利用AutoCAD制圖軟件繪制了G60-1單螺桿泵的裝配圖和主要零件圖。 通過本次設(shè)計鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，掌握了螺桿泵的設(shè)計方法并能熟練使用AutoCAD制圖軟件。 關(guān)鍵詞：單螺桿泵; 設(shè)計校核; 軸 Abstract G60-1 single screw pump is a new type of internal meshing rotary positive displacement pumps. With high efficiency, strong self-absorption capacity, a wide range of advantages, difficult to transport a variety of media are available to transport this pump. It mainly consists of screws, bushings, universal coupling, drive shaft and the shaft and other component parts, relying on internal engagement between the screw and the bushing relative motion, so that the axial movement of the engagement in the sealed chamber, thus completing the infusion process . To better meet the needs of specific working conditions, this paper elaborates single screw pump working principle and structure characteristics, and basic design theory in the traditional system, the use of existing design methods and tools, based on a given flow pressure to design and select the appropriate structural parameters of single screw, single screw to complete structural design calculations, key performance computing and influencing factors, on the basis of the use of AutoCAD drawing software to draw a single screw assembly drawing G60-1 and major parts diagram. By this time the university is designed to consolidate expertise, master screw design methods and can skillfully use AutoCAD drawing software. Keywords: Single screw pump; Design verification; Axis 目 錄 摘要 III Abstract IV 第1章 緒論 1 1.1 研究背景及意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)況 1 1.2.1 國外螺桿泵的研究現(xiàn)狀 1 1.2.2 國內(nèi)螺桿泵的研究現(xiàn)狀 2 1.3 單螺桿泵簡介 2 第2章 單螺桿泵的總體設(shè)計 4 2.1設(shè)計要求 4 2.2結(jié)構(gòu)和工作原理分析 4 2.2.1 G系列單螺桿泵結(jié)構(gòu) 4 2.2.2 工作原理分析 5 2.3結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 9 2.4性能參數(shù)分析 9 第3章 螺桿與襯套的設(shè)計 11 3.1螺桿和襯套結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 3.1.1 螺桿和襯套尺寸的確定 11 3.1.2 螺桿和襯套的型線設(shè)計 13 3.2 螺桿和襯套材料的選用 17 3.3 螺桿和襯套的加工制造 19 3.3.1 螺桿的加工 19 3.3.2橡膠定子的加工 19 第4章 其他主要零部件的設(shè)計與選擇 21 4.1 電機(jī)的選擇 21 4.2軸的設(shè)計 21 4.3 軸承的選擇與校核 23 4.4進(jìn)出油口尺寸設(shè)計 24 4.5 油封的選擇 25 4.5.1密封端面間液體壓力分布規(guī)律 25 4.5.2載荷系數(shù)和平衡系數(shù) 25 總 結(jié) 27 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 29 VI 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第1章 緒論 1.1 研究背景及意義 在我國的國民生產(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，無脈動。 單螺桿泵輸送變轉(zhuǎn)速即可改變輸出流量，可用作計量投加。 吸入能力強(qiáng)，工作噪聲小，無泄漏，無溫升。單螺桿泵輸送適應(yīng)范圍廣，可輸送一切流動介質(zhì)甚至非流動物料。單螺桿泵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)。 在國內(nèi)，螺桿泵的使用時間短，對其研究起步相對較晚，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)出比較活躍的趨勢。 工業(yè)的發(fā)展對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)計和校核的關(guān)鍵。針對螺桿泵理論和結(jié)構(gòu)上存在的問題，在傳統(tǒng)的設(shè)計理論體系基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的設(shè)計手段和工具，設(shè)計出一種較為合理的單螺桿泵，緩減或解決螺桿泵在現(xiàn)場實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 國內(nèi)外研究現(xiàn)況 1.2.1 國外螺桿泵的研究現(xiàn)狀 單螺桿泵是1932年由法國工程師Moineau發(fā)明，并由德國PCM泵公司制成產(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外螺桿泵的主要發(fā)展趨勢。發(fā)展這種產(chǎn)品主要是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。目前，單螺桿泵的最大壓力已經(jīng)達(dá)到200bar，英國AG泵公司和法國PCM泵公司均生產(chǎn)這種高壓單螺桿泵（流量范圍20～500/h，級數(shù)1～20級）。由于這種高壓單螺桿泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、耐磨性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此國外越來越多地使用這種螺桿泵來開采含有大量固體顆粒、高粘度的原油。 1.2.2 國內(nèi)螺桿泵的研究現(xiàn)狀 我國螺桿泵的發(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，與德國鮑曼公司簽定合同，引進(jìn)單、雙螺桿泵制造技術(shù)。1989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，我國對螺桿泵地面裝置進(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。但是時至今日，國內(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。 1.3 單螺桿泵簡介 單螺桿泵于1932年由法國工程師莫諾（MoiNeau）發(fā)明，并由法國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?；蚨汤w維的懸浮液，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%和最長纖維長度不超過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；且我國至今尚無可替代的設(shè)備，因此在水煤漿廠和發(fā)電廠螺桿泵選型時單螺桿泵仍得到廣泛應(yīng)用。 下圖是單螺桿泵的機(jī)構(gòu)示意圖： 圖1-1 單螺桿泵結(jié)構(gòu)示意圖 第2章 單螺桿泵的總體設(shè)計 2.1設(shè)計要求 （1）主要內(nèi)容： 1）深入了解G60-1單螺桿泵的結(jié)構(gòu)； 2）完成G60-1單螺桿泵的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計。 （2）要求：機(jī)構(gòu)設(shè)計方案合理、結(jié)構(gòu)緊湊； （3）設(shè)計參數(shù) 型號 公稱壓力Mpa 必需汽蝕余量(m) 公稱流量mm3/h 允許最高轉(zhuǎn)速r/min G60-1 0.6 5 22 960 2.2結(jié)構(gòu)和工作原理分析 2.2.1 G系列單螺桿泵結(jié)構(gòu) G系列單螺桿泵是一種新型的內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)式容積泵。具有效率高、自吸能力強(qiáng)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，對各種難以輸送的介質(zhì)都可用本泵來輸送。因此單螺桿泵在國外被稱為萬能泵。它主要由螺桿、襯套、萬向聯(lián)軸器、傳動軸和泵軸等零部件組成，靠螺桿與襯套之間的內(nèi)嚙合相對運(yùn)動，使嚙合密封腔沿軸向運(yùn)動，從而完成輸液過程。 圖2-1 G系列單螺桿泵結(jié)構(gòu) 2.2.2 工作原理分析 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)輸入軸通過萬向節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)子繞定子中心作行星回轉(zhuǎn)時，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，把輸送介質(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)流過定子而不被攪動和破壞。 ? ??? 螺桿具有單頭螺紋，其任意截面皆為半徑為R的圓，截面的中心位于螺旋線上且與螺桿的軸心線偏離一個偏心距e，繞軸旋轉(zhuǎn)且沿軸向移動而形成的襯套內(nèi)表面具有雙螺紋，其任意截面為一長圓，兩端是半徑為R（等于螺桿截面半徑）的半圓，中間是長為4e的直線段。襯套的任意截面都是相同的長圓，只是彼此互相錯開一個角度。 ? ?? ?螺桿裝入襯套后，螺桿表面與襯套內(nèi)螺紋表面之間形成一個個封閉的腔室，同時任意截面也被分成上下兩個月牙形工作室。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時，靠近吸入室的第一個工作室的容積逐漸增大，形成負(fù)壓，在壓差的作用下液體被吸入工作室。隨著螺桿的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，工作腔容積不斷增至最大后，這個工作室封閉，并將液體沿軸向推向壓出室。與此同時上下兩個工作室交替循環(huán)地吸入和排出液體，因此液體被連續(xù)不斷地從吸入室沿軸向推向壓出室。 常見單螺桿泵螺桿的形狀如圖2-2所示。它的外表面是由半徑為R的圓，其圓心O以偏心距e. 螺距t繞螺桿中心線O2做螺旋運(yùn)動形成的單頭外螺紋表面。 圖2-2 單螺桿泵螺桿的形狀 圖2-3 襯套的形狀 襯套內(nèi)表面是雙頭內(nèi)螺紋表面。其橫截面呈長圓形(見圖2-3)，兩端為半徑也等于R的半圓，兩半圓圓心間的距離為4e，螺距也為t，因是雙頭螺紋，其導(dǎo)程T'=2t.具有如上形狀的螺桿與襯套相互嚙合的情況，如圖2-4所示。 圖2-4-a 、b給出的是在時刻二者的嚙合狀況，圖2-4c則為時刻的狀況。由圖2-4可見，在一個導(dǎo)程T內(nèi)取的9個與襯套軸線垂直的斷面上，皆有螺桿與襯套表面接觸的點(diǎn)或線。時刻，在1斷面上，二者沿圓弧線接觸;在2斷面上，則僅在兩點(diǎn)接觸……，若將所有相鄰斷面的接觸點(diǎn)依次連接起來，則得一條閉合的空間嚙合曲線…………。此嚙合曲線將襯套與螺桿間的空間隔離成和等空腔（是螺桿……點(diǎn)處襯套壁面之間的閉合空腔;若時刻螺桿剛好在5斷面處緊靠襯套壁面上的點(diǎn)，則用表示5斷面左邊的螺桿與、……處襯套壁面間的非閉合空腔，用表示5斷面右邊的螺桿與、……處襯套壁面間的非閉合空腔)。各空腔間互不相通，它們被所述嚙合曲線分隔開或封閉起來。 圖2-4 單螺桿泵工作原理示意圖 螺桿在襯套中轉(zhuǎn)動，經(jīng)時刻后，各斷面中螺桿與襯套間的相互位置變成圖2-4c所示的狀況。由圖2-4可見，此時在2斷面中，螺桿已移至該斷面端的極限腔的嚙合線左端位置，即包圍腔的嚙合線左端位置，已由時刻的移至?xí)r刻的。若被輸送液體從嚙合副左端進(jìn)人襯套，且假設(shè)襯套的軸向長度剛好等于導(dǎo)程T，則經(jīng)時間后，腔的軸向長度比時刻的T減小了（ 為1，2斷面間的軸向距離）或者說，時刻的腔的軸向位置向右移動了，且其右端已與泵的壓出室相通。隨著時間的增大，腔向右移動得更多，即襯套內(nèi)的腔容積更小，從而使與之相通的整個壓出空間的容積逐漸減小，壓力升高，產(chǎn)生了排液作用。 在時刻，1斷面內(nèi)的螺桿位于緊靠點(diǎn)的極限位置，形成了腔的斷面面積最大。此時，位于距此斷面一個螺距t的5斷面上的圓弧線，既是腔的右端密封線，又是腔的左端密封線。經(jīng)時間間隔后，該密封線己從5斷面右移，使與泵吸人室相通的腔容積增大，腔中壓力下降，從而吸人液體。與此同時，與泵壓出室相通的腔容積減小，和腔一道排液。 螺桿連續(xù)轉(zhuǎn)動，螺桿與襯套間的嚙合密封線就不斷生成，且不斷由吸人端向壓出端移動，泵的吸、排液過程就連續(xù)不斷地進(jìn)行了。 由上述工作過程可知，螺桿與襯套的嚙合長度不能小于一個導(dǎo)程。泵揚(yáng)程越高，導(dǎo)程數(shù)目越多，螺桿與襯套的長度也越長。 為消除零件加工誤差對嚙合線密封效果的不良影響，保證螺桿與襯套的嚙合線能承受壓出室與吸人室之間的壓差，單螺桿泵的襯套一般用耐磨橡膠等彈性材料制成，以使螺桿與襯套間的配合有微量過盈。 圖2-5 螺桿在襯套中的運(yùn)動 單螺桿泵螺桿在襯套中的運(yùn)動比較復(fù)雜。在泵的任意一個橫斷面上(圖2-5)，螺桿繞其軸心線轉(zhuǎn)動時，其斷面圓的中心必定要在經(jīng)過襯套斷面中心O的直線人上運(yùn)動。這種運(yùn)動現(xiàn)象，只能在繞:轉(zhuǎn)動的同時必須還要有繞的轉(zhuǎn)動才能產(chǎn)生。因為軸是泵軸軸線通過的固定軸線，則連接泵軸和螺桿的傳動軸必定要通過萬向聯(lián)軸器，才能將動力傳遞給螺桿。 由圖2-5可見，當(dāng)螺桿斷面圓之圓心從其極端位置向D方向運(yùn)動至某一位置時，螺桿軸心線從變到。在這個過程中，始終有，則襯套中心與螺桿軸心間的連線，必定要從向與螺桿轉(zhuǎn)動角速度。相反的方向，以角速度偏轉(zhuǎn)至，即要偏離AD直線， 圍繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動。由螺桿與襯套在極端點(diǎn)A接觸時，螺桿斷面中心點(diǎn)無切向運(yùn)動線速度，即 （2-1） 所以有 （2-2） 這表明，螺桿軸線繞襯套軸線旋轉(zhuǎn)的角速度，等于螺桿繞自身軸線旋轉(zhuǎn)角速度值的一半。 2.3結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 根據(jù)以上分析選定的G60-1單螺桿泵結(jié)構(gòu)方案簡圖如下： 圖2-6單螺桿泵 1—壓出管 2—襯套 3—螺桿 4—萬向聯(lián)軸器 5—吸入管 6—傳動軸 7—軸封 8—托架 9—軸承 10—泵軸 2.4性能參數(shù)分析 （1）流量 螺桿泵流量與泵轉(zhuǎn)速、泄流量和介質(zhì)粘度有關(guān)，，式中為理論流量，為泄流量;，式中n為轉(zhuǎn)速，q為流量/轉(zhuǎn)。壓差△P越大，泄流量也越大。與液體的粘度成比例，對于螺桿泵，液體的粘度越大，泵的泄流量越小。單螺桿泵的流量等于襯套與螺桿橫截面積之差(即泵的過流面積)與液體的軸向運(yùn)動速度及泵容積效率的乘積: 式中，為螺桿泵有效體積流量，m3/ h; e為偏心距，m; 為螺桿橫截面直徑，m; 為導(dǎo)程，為螺距的2倍，m; 為泵軸轉(zhuǎn)速，r/ min;為泵容積效率。 （2）壓差 螺桿泵的工作壓力差由排放載荷決定，排放阻力越大，工作壓差越大。 （3）揚(yáng)程 螺桿與襯套嚙合后，在長度等于導(dǎo)程T的每一段嚙合副上形成的嚙合線承受壓差，即為單級壓力p或單級揚(yáng)程H。常用橡膠襯套泵的p為0. 4~0. 6MPa。潛水式螺桿泵的襯套一般選用天然橡膠(NR)或丁睛橡膠(NBR)，選定額定揚(yáng)程為H = 50m。單螺桿泵的理論流量一理論揚(yáng)程(qvT--HT)曲線是一條直線，流量不隨揚(yáng)程變化而變化，即qvT為常數(shù)。但實際上隨著壓力的增大，通過螺桿一襯套副的漏損是增大的，所以單螺桿泵的實際流量是隨著泵揚(yáng)程的增大而減小的，其qv--H曲線呈與離心泵、旋渦泵等的qv--H曲線類似的下降型拋物線;其流量一軸功率(qv--P)曲線呈與離心泵相反，與旋渦泵相同的下降型拋物線，其中qv=0時達(dá)到Pmax值，故螺桿泵一般要求出口開閥啟動。螺桿泵的漏損可看成是與流量反方向的圓環(huán)流動，由流體力學(xué)伯努力方程和達(dá)西公式等，可推出一個導(dǎo)程內(nèi)總流動損失和，其中，為液體的密度，為總阻力系數(shù)，為泄漏速度，則可推得泵揚(yáng)程，其中，為綜合系數(shù)。由此可以推斷單螺桿泵滿足或近似滿足揚(yáng)程相似定律，比轉(zhuǎn)速這個綜合特征系數(shù)的概念亦適用于單螺桿泵。 （4）轉(zhuǎn)速與比轉(zhuǎn)速 單螺桿泵的轉(zhuǎn)速選擇范圍較大，筆者統(tǒng)計到的產(chǎn)品轉(zhuǎn)速范圍n=200~3000r/min.離心泵比轉(zhuǎn)速范圍30~300;旋渦泵7~30;而螺桿泵的比轉(zhuǎn)速下限更小，筆者統(tǒng)計到的單級最小比轉(zhuǎn)速1.641。一般單螺桿泵比轉(zhuǎn)速范圍1.5~30. （5）軸功率 螺桿泵軸功率包括液力功率和摩擦功率N，當(dāng)壓力和流量一定時，液力功率是確定的。摩擦功率由運(yùn)動件的摩擦產(chǎn)生，摩擦功率隨工作壓力的升高而增加，流體的粘度也增加摩擦功率的消耗。確定了介質(zhì)粘度、泵的工作壓力與流量，就可得出泵所需的軸功率N。 （6）泵效率及泵容積效率 螺桿泵的效率和泵機(jī)械效率、水力效率及容積效率相關(guān)，其中與容積效率關(guān)系最為密切。GB9064-88規(guī)定:在額定轉(zhuǎn)速下，規(guī)定壓力點(diǎn)的體積流量與零壓點(diǎn)的體積流量之比為泵容積效率。襯套與螺桿之間的配合間隙又是影響容積效率的最主要因素。 第3章 螺桿與襯套的設(shè)計 螺桿和襯套是螺桿泵的主要工作元件，是影響螺桿泵性能、效率和使用壽命的關(guān)鍵元件，同時也是設(shè)計難度最大的元件。主要是根據(jù)給定的流量、壓力和所輸送介質(zhì)性質(zhì)(如重度、粘度和溫度及氣體和固體含量)參考現(xiàn)有的螺桿泵來計算和選擇螺桿和襯套的主要尺寸，如螺桿橫斷面的直徑d、偏心距e、螺距t以及螺桿和襯套的長度L等。 3.1螺桿和襯套結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1.1 螺桿和襯套尺寸的確定 （1） 單螺桿基本尺寸 單螺桿泵的設(shè)計是根據(jù)給定的流量和壓力來計算和選取螺桿與襯套的尺寸。 在確定螺桿直徑時可以根據(jù)泵的流量來確定，即: （3—1） 式中 t一螺桿的輾距，m e一偏心距，m Q一流量， 一容積效率，%。 對于螺桿一襯套副具有過盈時可以取 = 80一85%； 對于螺桿一襯套副具有間隙時，取=70% 現(xiàn)有單螺桿泵的T/ d及T/e比值(T為襯套螺距，T=2t; e為偏心距)一般處于下列范圍內(nèi): (3.1一2) (3.1一3) 但前蘇聯(lián)BHTM(全蘇水力機(jī)械研究院)認(rèn)為時泵的吸人條件最好。初步設(shè)計時，參考已有泵的參數(shù)，選取T/d和T/e值，然后根據(jù)公式(3- 3)推導(dǎo)出下列公式，從而求出螺桿與襯套的基本參數(shù)(螺桿直徑d，襯套螺距T，偏心距e). 螺桿直徑d: (3. 1-1) 式中 d一螺桿直徑，m Q一泵流量，時 n一泵轉(zhuǎn)速， 一容積效率，% 襯套螺距T： (3.1-2) 偏心距e： (3.1-3) 根據(jù)已知的e、t及T和給定的泵的壓力P，參考已有相近的泵的參數(shù)，確定螺桿和襯套的螺紋扣數(shù)L/t和L/T，從而確定螺桿和襯套的長度L。 (2)襯套長度L 將螺桿與襯套嚙合后，在長度等于導(dǎo)程的每一段嚙合副上形成的嚙合線承受的壓差皆視為(稱為單級壓力，常用橡膠襯套泵的為0.4--0.6MPa)，則全壓力為的泵所需的嚙合副總長度，即襯套長度的最小值應(yīng)為 （3.1-4） 襯套實際長度L應(yīng)稍大于螺桿長度又要大于襯套長度L。對高壓泵，所需襯套的導(dǎo)程總數(shù)(又稱為泵的級數(shù))為 （3.1-5） 根據(jù)G60-1螺桿泵設(shè)計參數(shù)要求： 型號 公稱壓力Mpa 必需汽蝕余量(m) 公稱流量mm3/h 允許最高轉(zhuǎn)速r/min G60-1 0.6 5 22 960 通過公式〔3.1-1)、(3.1-2)、(3.1-3)，取=80%a，取T/e=20， T/d=5。 得出：螺桿直徑的d=47.2，取d=48mm 襯套螺距T=239.3，取T=240 螺桿螺距t=T/2=120mm 偏心距e= 5.7mm，取e=6mm 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計及參考相近類型泵參數(shù)，取襯套長度L = 240mm ，即螺桿有效長度L=360mm。 3.1.2 螺桿和襯套的型線設(shè)計 （1）螺桿型線 螺桿外表面型線(見圖3-1)是正弦曲線abcd繞中心線轉(zhuǎn)動，同時沿中心線移動而形成的.其任意截面都是半徑為R的圓，螺桿截面中心線對中心線有一個偏心距e。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，母曲線軸向移動的距離等于螺桿螺距t。 根據(jù)圖3-1a， b可求出螺桿表面的參數(shù)方程。 圖3-1螺桿的型線 圖3-2（a） 螺桿橫截面 圖3-2（b） 螺桿橫截面 圖3-2（a）中，螺桿截面中心q對螺桿輪廓中心的位移量等于1個偏心距e.，所形成的軌跡(沿以為圓心以e為半徑的圓上轉(zhuǎn)動，且沿Z軸移動)，在確y定坐標(biāo)系中，用下列參數(shù)方程表示: (當(dāng)時，.點(diǎn)正好轉(zhuǎn)動) 角變化范圍從0--( n為正整數(shù)). 螺桿型線點(diǎn)M(x，y)坐標(biāo)，在定坐標(biāo)系和動坐標(biāo)系中，以角和角做為函數(shù) 構(gòu)成螺桿表面參數(shù)方程如下: 為求螺桿的軸向截面曲線型線即abcd曲線，可用平面將螺桿從中心線截開，即可得出軸截面型線。根據(jù)圖3-1(b)中，和角的變化即可算出在y軸上A點(diǎn)的各個值。 當(dāng).轉(zhuǎn)一周( )時，螺桿截面中心也轉(zhuǎn)一周則z正好為一個螺距，見圖3-3 圖3-3 螺桿軸截面型線 （2）襯套及其軸向截面型線 襯套是具有雙頭內(nèi)螺旋表面的空心圓柱體，襯套內(nèi)的螺旋線的節(jié)距T等于螺桿節(jié)距的2倍，即T = 2t，見圖3-4 圖3-4 襯套 襯套橫截面是半徑為R的2個半圓形，圓心距為4e，襯套空心截面面積等于2個半圓面積和矩形面積之和： 襯套橫截面周邊上的各點(diǎn)描繪成螺旋線，當(dāng)轉(zhuǎn)動角時則該截面軸向移動1個節(jié)距T，即： 為便于制造，必須給出襯套軸向截面型線方程。 圖3-5 襯套橫截面 由于襯套是由二段直線和二段半圓組成的雙頭螺旋面，不可能用單值連續(xù)函數(shù)表示出來，所以下面將分別敘述之: 1）圖3-4中襯套工作表面在KL圓弧段上，向量半徑OA值為: 在中， 根據(jù)公式 則 則 角變化范圍是 2）在LM直線段上在直線段上小角變化為: 圖3-6 襯套軸截面型線 當(dāng)時，則的大小數(shù)值一定以對稱中心前后重復(fù)。下半部圓弧段MD上的OA各點(diǎn)也一定和上半部半圓弧各點(diǎn)重復(fù)，半圓弧上OA各點(diǎn)構(gòu)成的曲線和直線段LM上各點(diǎn)構(gòu)成的曲線連線則成為襯套的軸向截面(z軸)型線(見圖3-6)。因向量半徑OA和OA'就是轉(zhuǎn)到Y(jié)軸上各點(diǎn)的值，所以O(shè)A和就是y坐標(biāo)上的值。 襯套軸向截面方程如下: 圓弧段從--- 直線段 從--- 取值按上邊二段線段相應(yīng)取 3.2 螺桿和襯套材料的選用 單螺桿泵的主要工作部件是螺桿轉(zhuǎn)子和與其相配合的橡膠襯套，部件的材質(zhì)是根據(jù)輸送介質(zhì)的特性確定的。 單螺桿泵的轉(zhuǎn)子通常采用炭鋼(鍍硬鉻)、滲氮鋼、1Cr18Ni9Ti(鍍硬鉻)及欽金屬等材料。為了提高螺桿轉(zhuǎn)子的耐磨性，應(yīng)對螺桿表面進(jìn)行鍍硬鉻處理，鍍層一般為0.06--0.08mm。 襯套的內(nèi)襯絕大多數(shù)采用各種牌號的橡膠制造，特殊情況下也可采用塑料、聚四氟乙烯或金屬制造。襯套所用的橡膠牌號應(yīng)根據(jù)輸送介質(zhì)的化學(xué)性能、所含雜質(zhì)的多少及泵的壓力和轉(zhuǎn)速等因素進(jìn)行選擇。建筑機(jī)械由于介質(zhì)中含有顆粒和雜質(zhì)，一般選擇彈性大、硬度低的橡膠。定子材料有天然橡膠、丁納膠、丁晴膠、氯丁膠、丁基膠、三元乙丙膠、氟化膠、聚乙烯、聚酸醋和聚氨醋膠等。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(dāng)，襯套可能從鋼管中脫落或橡膠掉塊。所以要求我們對橡膠的基本特性及橡膠對各種不同介質(zhì)的適應(yīng)性有所了解，根據(jù)我們的經(jīng)驗列出表3-1、表3-2。 表3-1 橡膠基本特性 橡膠特性 丁晴橡膠NBR 氯丁橡膠CR 氟橡膠PPM 乙丙橡膠EPDM 耐最高溫度 +120°C +110°C +200°C +150°C 耐磨性 優(yōu) 很好 優(yōu) 很好 耐老化性 很好 很好 優(yōu) 優(yōu) 耐臭氧 不行 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 耐蒸汽 很好 不行 優(yōu) 優(yōu) 耐燃性 很好 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 表3-2單螺桿泵的襯套常用橡膠 橡膠的適應(yīng)性 乙丙橡膠EPDM 氟橡膠PPM 氯丁橡膠CR 丁晴橡膠NBR 水（污水） 很好 很好 很好 很好 植物油 一般 很好 一般 很好 礦物油 不行 很好 一般 很好 氨水 一般 不行 不行 很好 芳香族溶劑 不行 很好 不行 不行 濃堿 很好 不行 很好 很好 濃硝酸 不行 一般 不行 不行 冰醋酸 不行 很好 不行 很好 稀硫酸 很好 很好 不行 很好 濃硫酸 一般 很好 不行 不行 稀鹽酸 很好 很好 很好 很好 濃鹽酸 很好 很好 不行 很好 熱水 很好 不行 不行 一般 汽油 不行 很好 一般 很好 甲苯 不行 很好 不行 不行 二甲苯 不行 很好 不行 不行 乙醇 很好 很好 很好 一般 煤油 不行 很好 很好 很好 柴油 不行 很好 不行 很好 氯化烴 不行 一般 不行 不行 含酮類物料 很好 不行 不行 不行 含醇類物料 很好 很好 很好 很好 含脂類物料 很好 不行 不行 不行 含醚類物料 很好 不行 不行 不行 泥漿 很好 一般 一般 很好 磷酸 很好 一般 很好 一般 碳酸鈉 很好 不行 很好 很好 糖醛 很好 一般 一般 一般 苯100 不行 很好 不行 不行 丙酮 很好 不行 不行 不行 亞麻子油 很好 很好 很好 很好 二硫化碳 不行 很好 不行 不行 泵的過流部件如吸入管、壓出管和間隔套等零件的材料一般為鑄鐵、球墨鑄鐵或奧氏體不銹鋼等材料制造。 3.3 螺桿和襯套的加工制造 3.3.1 螺桿的加工 螺桿泵螺桿的加工可以采用成型車刀、刨刀、盤狀刀具(即成型銑刀)、滾刀、剃齒刀、旋風(fēng)切削或者砂輪磨削加工，最經(jīng)常采用的方法是盤狀刀具和磨削加工 國內(nèi)外螺桿泵制造商大部分采用圓盤成型銑刀精加工螺旋型面，對于精度要求高的螺桿，則采用研磨和成型磨削。對于泵套三孔精加工，小直徑采用組合拉刀拉削，大直徑采用幢削加工。 文獻(xiàn)[[9]中介紹了旋風(fēng)切削與盤狀刀具的基本原理及盤狀刀具齒廓的計算。 螺桿泵螺旋面加工方法，歸納起來有以下幾種: （1）在車床上用成型刀具加工; （2）利用圓盤銑刀、指形銑刀和擺線成型滾刀銑削; （3）在專門機(jī)床上采用旋風(fēng)切削; （4）用專用刨刀的刨削; （5）利用專用磨床進(jìn)行研磨和成型磨削。 20世紀(jì)80年代中期德國一家螺桿泵生產(chǎn)廠采用一種新的螺桿加工方法，即爆炸成型法。采用管件作為螺桿毛坯，管件內(nèi)裝有炸藥棒，管件中一段依靠炸藥爆炸時產(chǎn)生的高內(nèi)壓形成所需的螺桿形狀。這種方法可以使螺桿重量減輕，降低成本25%，同時減少制造時間，提高了螺桿泵使用壽命和效率。 英國Mon.公司安裝一套先進(jìn)的柔性制造系統(tǒng)(FMS)，能在一次裝卡中實現(xiàn)對螺桿泵零件的五面加工，銑、鉆、幢、磨和攻絲等同時進(jìn)行，提高了生產(chǎn)率，使交貨期從原來6周縮短為6天。 3.3.2橡膠定子的加工 定子有雙頭內(nèi)螺紋，定子的導(dǎo)程為轉(zhuǎn)子螺距的2倍，它是在金屬殼體內(nèi)襯橡膠作彈性材料制成。 （1）產(chǎn)品設(shè)計 定子是中空產(chǎn)品，成型時需要芯模。芯模可依據(jù)轉(zhuǎn)子的尺寸定做。芯模在軸向的定位是定子與轉(zhuǎn)子匹配的關(guān)鍵。單螺桿泵實際上是多級泵，它的每個閉腔容積相當(dāng)于一級泵。在閉腔容積內(nèi)的液體壓力隨著液體從吸入腔向壓出腔方向推移而逐級提高，每級壓差為。轉(zhuǎn)子與定子嚙合時，每2個螺距構(gòu)成一個閉腔容積。因此，單螺桿泵的轉(zhuǎn)子一定子副的最小嚙合長度不能小于2倍螺距(即定子螺旋孔的一個導(dǎo)程)，否則吸入腔與壓出腔相通而不能工作。 （2）配方設(shè)計 彈性內(nèi)襯材料承受的負(fù)荷有轉(zhuǎn)子對它的擠壓和高速度的滑動摩擦，滑動速度高達(dá)2.5--3.0m/s，轉(zhuǎn)子繞定子軸線行星回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力對定子內(nèi)襯的沖擊以及由于摩擦和沖擊的機(jī)械能變成熱能，使內(nèi)襯溫度升高。故彈性內(nèi)襯材料要求具有良好的耐磨、耐沖擊、耐熱和耐腐蝕等性能。因此主體材料選用NBR。當(dāng)輸送的液體中含有雜物時，彈性內(nèi)襯材料的硬度宜低些；當(dāng)輸送的液體是純液體時，彈性內(nèi)襯材料的硬度宜高些。 最后確定的橡膠定子配方為:NBR 100，硫黃1.5，防老劑2.5，粘合劑(Chemlok 608# ) 4. 8，氧化鋅5，硬脂酸1，炭黑50，軟化劑7，促進(jìn)劑1. 5，其它0. 15。膠料物理性能()為：邵爾A型硬度 72度，拉伸強(qiáng)度11 Mpa，扯斷伸長率280 %；耐油性能為：3”標(biāo)準(zhǔn)油(70℃×24h)體積變化率15%。 （3）生產(chǎn)工藝 單螺桿泵定子是由金屬外殼內(nèi)襯彈性材料構(gòu)成。由于橡膠(彈性材料)在金屬殼體的里面，采用一般的模壓硫化方法很難保證定子的內(nèi)在質(zhì)量，必須采用注壓的方法才能達(dá)到滿意的效果。 為保持在轉(zhuǎn)子的高速運(yùn)轉(zhuǎn)下單螺桿泵定子的使用壽命，本研制采用3種方法提高橡膠與金屬的粘合力：?定子金屬殼體有內(nèi)螺紋，增大橡膠與金屬的粘合面；②選擇噴砂工藝有利于粘合；?涂刷Chemlok 608”膠粘劑使粘合更好。 第4章 其他主要零部件的設(shè)計與選擇 4.1 電機(jī)的選擇 泵的軸功率 原動機(jī)功率 式中: ——余量系數(shù) 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊》關(guān)醒凡編著】 表7-10 取=1.1(原動機(jī)為電動機(jī)) ——傳動效率 查【《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊》關(guān)醒凡編著】 表7-11 取(直聯(lián)) 所以選擇11Kw的電動機(jī)可滿足要求，查【《機(jī)械零件手冊》吳宗澤主編】選擇電動機(jī)的型號為Y160L-6。 4.2軸的設(shè)計 （1）求輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 =11kW；=960r/min；=109.4N·m （2）初步確定軸的最小直徑 先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），根據(jù)課本表15-3，取得 低速軸的最小值顯然是安裝聯(lián)軸器的直徑。 因軸上有兩個鍵槽，故直徑增大5%—10%，故 （3）各段軸尺寸設(shè)計 由圖可得為整個軸直徑最小處選：=28mm 為了滿足鏈輪的軸向定位，取 根據(jù)鏈輪寬度及鏈輪距箱體的距離綜合考慮取， 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力，故選用深溝球軸承，參照工作要求并根據(jù)=，由指導(dǎo)書表15-1中初步選取03基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的單列深溝球軸承6307，其尺寸為 所以：==35mm 這對軸承均采用套筒進(jìn)行軸向定位。 由表15-7查得6307型軸承的定位軸肩高度，因此?。? 去安裝支持圓柱齒輪處直徑：，=48mm。 （4）軸上的周向定位 聯(lián)軸器的周向定位采用平鍵連接，按由課本表6-1查得平鍵截面 鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為50mm，同時為保證聯(lián)軸器與軸配合有良好的對中性，故選擇聯(lián)軸器與軸的配合為；滾動軸承與軸的周向定位是由過盈配合來保證的，此處選軸的尺寸公差為r6。 （5）求軸上的載荷 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，做出軸的計算簡圖，支承從軸的結(jié)構(gòu)圖： 計算出的圓柱齒輪位置的中點(diǎn)截面處的、及的值列于下表 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩T =109.3N·m （6）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)及軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 ，軸的計算應(yīng)力： 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理， 由課本表15-1查得許用彎曲應(yīng)力 因此，故安全。 4.3 軸承的選擇與校核 在4.2軸的設(shè)計過程中以選定軸承為6307，下面對該軸承進(jìn)行校核計算： 已知: =960r/min ；； ； e=0.37；Y=1.6 （1）求相對軸向載荷對應(yīng)的e值和Y值 相對軸向載荷 比e小 （2）求兩軸承的軸向力 （3）求軸承當(dāng)量動載荷和 < e < e 由指導(dǎo)書表15-1查得： =859.5 N =300.8 N （4）驗算軸的壽命 >48000 h 故可以選用。 4.4進(jìn)出油口尺寸設(shè)計 查閱資料得出現(xiàn)有G60-1單螺桿泵參數(shù)如下： 型號 轉(zhuǎn)速 r/min 流量 m3/h 壓力 MPa 電機(jī) KW 揚(yáng)程 m 進(jìn)口 mm 出口 mm G60-1螺桿泵 960 30 0.6 11 60 125 100 因此G60-1單螺桿泵的： 進(jìn)油口尺寸為：125mm 出油口尺寸為：100mm 4.5 油封的選擇 正確地設(shè)計過流部件和選用材料是保證離心泵性能和壽命的重要條件。 在泵的所有零部件中，在運(yùn)轉(zhuǎn)中最容易發(fā)生問題的是軸封部件，軸承潤滑部件，和冷卻部件，旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體間的密封簡稱軸封。必須合理選用軸封結(jié)構(gòu)才能保證離心泵安全運(yùn)行。 離心泵中常用的軸封結(jié)構(gòu)有：有骨架的橡膠密封，填料密封，機(jī)械密封和浮動環(huán)密封。 該泵的軸采用機(jī)械密封，密封選用152a型機(jī)械密封，此機(jī)械密封件為外裝、外流、單端面、多彈簧結(jié)構(gòu)，其彈簧被一特制聚四氟乙烯套所保護(hù)，動環(huán)靠由剖分式壓緊環(huán)加緊的聚四氟乙烯波紋管傳動，安裝方便。 4.5.1密封端面間液體壓力分布規(guī)律 密封介質(zhì)在液體的情況，端面摩擦副的最佳工作狀態(tài)是半液體摩擦，液體處于全部接觸面積中，并認(rèn)為摩擦副間隙內(nèi)液體流動的阻力沿徑向不變。這樣間隙內(nèi)的壓力按線性變化，壓力分布為直角三角形。 實際上間隙內(nèi)部液體質(zhì)點(diǎn)由于繞軸旋轉(zhuǎn)作用有慣性力，當(dāng)該力方向與液體流動方向相反時（內(nèi)流式），其壓力分布呈內(nèi)凹形式；當(dāng)慣性力方向與液體流動方向一致時（外流式），其壓力分布呈外凸形式。液體的粘度對壓力分布也有影響，低粘度液體（液態(tài)丙烷、丁烷、氨）壓力分布是外凸的，高粘度液體（重潤滑油）壓力分布是內(nèi)凹的。泄漏量對壓力分布也有影響，泄漏量極少時壓力分布呈凹形，較大時呈凸形。 4.5.2載荷系數(shù)和平衡系數(shù) （1）載荷系數(shù) （2）平衡系數(shù) 平衡系數(shù)表示介質(zhì)產(chǎn)生的比壓，在接觸端面上的減荷程度，通過改變可使端面比壓控制在合適的范圍內(nèi)，以擴(kuò)大密封使用的壓力范圍。 總 結(jié) 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。因此，單螺桿泵單螺桿轉(zhuǎn)子與橡膠定子的設(shè)計與參數(shù)計算便成了整個單螺桿泵的設(shè)計的核心。 本文在介紹單螺桿泵的基本結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、工作原理及應(yīng)用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一單螺桿泵，用于某城市污水處理廠。 通過畢業(yè)設(shè)計，使我對泵的基本工作原理、水泵設(shè)計步驟的關(guān)鍵環(huán)節(jié)等有了一個詳細(xì)的認(rèn)識，了解了它的設(shè)計過程，學(xué)會了查閱相關(guān)資料和各種設(shè)計手冊，翻閱理論課程書。 機(jī)械設(shè)計是需要細(xì)心和耐心的一項工作，要求設(shè)計人員能夠在設(shè)計的過程中有條理，一絲不茍，并且要有一定的耐心來培養(yǎng)自己做設(shè)計的信心，這樣才能有利于設(shè)計，切不可在設(shè)計過程中有半點(diǎn)的煩躁心理，否則便會事倍功半。 通過這次設(shè)計使我明白了我們無論做什么事情都要使自己有濃厚的興趣，以嚴(yán)謹(jǐn)持之以恒的態(tài)度來面對，這樣才能把一件事情做好。 參考文獻(xiàn) [1] 劉宇星.單螺桿泵使用中的問題探討. 礦業(yè)研究與開發(fā)， 1996，16(2) :45-47. 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SPE，1998，4(2) :14-24. 30 致 謝 四年大學(xué)生活即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計是本科教育的一個重要的關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)，能順利地完成這次畢業(yè)設(shè)計離不開各位老師和同學(xué)的幫助。 首先，應(yīng)該感謝我的指導(dǎo)老師，通過這次設(shè)計使我意識到遇到問題首先應(yīng)該獨(dú)立思考問題并解決問題，同時在此過程中還讓我明白了一些做人的道理。在此表示真誠的感謝，同時也感謝在設(shè)計過程中幫助過我的老師和同學(xué)。 其次，感謝我的同窗好友，四年來我們朝夕相處，共同進(jìn)步，感謝你們在大學(xué)四年里給予我的所有關(guān)心和幫助。 最后，我要向百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝！