螺杆泵的工作原理及工作特点

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浅析螺杆泵的工作原理及应用

作者：申 亮

来源：《中国科技纵横》2010年第22期

摘要：螺杆泵作为一种转子式容积泵，具有流动平稳、自吸性好、压力脉动小等优点，在石油、医药、化工等领域得到了广泛应用。本文系统的介绍了螺杆泵的原理和应用工况，并针对螺杆泵使用过程中可能出现的问题进行了总结分析，为生产管理、工程技术人员提供了参考。

关键词：螺杆泵 应用 故障

1、引言

螺杆泵是一种转子式容积泵，20世纪20年代由法国的勒内•莫依诺发明设计、发明。螺杆泵被水力学院划分为单螺纹类型，是旋转型泵的一个分支。它具有流动平稳，自吸性好，压力脉动小，可输送高粘度介质的特点，因而被广泛地应用于环境保护、石油、医药、化工、食品、建筑、采矿、印刷、造纸等各种不同的领域。随着工业技术的发展，如何普及泵的知识，正确操作和使用螺杆泵也就成为我们必须面对的问题。

2、螺杆泵的工作原理

螺杆泵的主要组成部分是偏心螺杆（转子）和与之相配套的衬套（定子）。按照螺杆个数的不同，螺杆泵可分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵和五螺杆泵等。在单螺杆泵中，根据螺杆的头数还可分为单头和多头。

螺杆上的螺旋线随着转子的转动而运动，起着推挤液体向前移动的作用。螺杆的断面是半径为R的圆。整个螺杆可以看作是由很多个这样的薄圆盘组成。这些圆盘的中心O1是以偏心距e绕着螺杆本身的轴线O2一边旋转，一边按一定的螺距t向前移动。衬套的断面形状是由两个长度为4e的直线段和两个半径为R的半圆组成的长圆形。衬套的内表面是由许多个这样的断面组成的导程为T的双头内螺旋面，T=2t。

螺杆置于衬套内，在每一个横截面上，螺杆断面和衬套断面都有接触点。当螺杆断面位于衬套长圆形断面的两端时，接触为半圆弧线。在其他位置时，只有a、b两个接触点，如图1所示。这些接触点构成了空间密封线，在衬套的一个导程T内形成一个完整的密封腔。沿着螺杆泵的全长，在螺杆的外螺旋面和衬套的内螺旋面间形成了一个一个的密封腔。当螺杆转动时，靠近吸入端的腔室容积增加，在压差的作用下，物料进入第一个腔室，然后该腔室形成密龙源期刊网

转子泵、离心水泵及螺杆泵的工作原理与优缺点对比

目前在国内的工艺流程泵中使用范畴最广的是：转子泵、离心水泵、螺杆泵等。以下就为您详细讲解转子泵、离心水泵、螺杆泵的工作原理及优缺点比较。

一、定义

1 转子泵

转子泵又称胶体泵、凸轮泵、三叶泵或万用传输泵等，属于容积泵。它是借助于运转腔里的多个固定容积传输单位的周期性转化来满足传输流体的目的。

2 离心水泵

离心水泵的运转工作原理就是离心运动，离心其实是物体惯性的展现，比如雨伞上的水滴，当雨伞缓慢运转时，水滴会跟随雨伞运转，这是因为雨伞与水滴的磨擦力做为给水滴的向心力使然。但是如果雨伞运转加快，这个磨擦力不足以使水滴在做圆周运动，那么水滴将脱离雨伞向外缘运动，就象用一根绳子拉着石块做圆周运动，如果速度太快，绳子将会断开，石块将会飞出，这个就是所谓的离心。

离心水泵运转时，迅速转动的叶轮叶片驱动介质运转，将介质甩出,从而满足传输的目的江南泵阀。离心水泵在运转前，泵体与进水管务必罐满介质造成真空状态，当叶轮迅速运转时，叶片促使介质很快转动，转动着的介质在离心力的用处下从叶轮中飞去，泵内的介质被抛出后，叶轮的中心部分造成真空区域，外部的介质在大汽压头的用处下经过管网压到了进水管内。这样循环不已，就可以达到连续传输。

3 螺杆泵

螺杆泵是按迥转啮合容积式工作原理运转的新型泵种，首要运转部件是偏心螺杆【转子】与固定的衬套【定子】。由于该二部件的特殊几何形状，分别造成单独的密封容腔，液体在轴向被均匀推行流动，内部流速低，容积维持不变，压头平稳，因而不会发生涡流与搅动。

除此之外，螺杆泵还具有以下优势：

1)压头与泵流量范畴宽阔。压头约在三、4-340千克力/cm 2，泵流量可达3003000立方；

2)运送介质的类型与粘度范畴宽广；

3)因为泵内的回转部件惯性力较低，故可应用很高的转速；

4)吸入性能好，具有较强的自吸式效率；

单螺杆泵的特征与应用

螺杆泵的特征有单螺杆泵它在传输液体的进程中具有不受搅动、脉动小等特征，现在单螺杆泵普遍用于传输牛奶、啤酒及其一些乳化液等。也正是由于这些单螺杆泵的这些特征，螺杆泵在废水处置系统的油水分离设备中海油普遍的应用，使废水中的油不易乳化，更容易、更干净地被分离出来，优于目前使用较多的柱塞泵。

单螺杆泵的特征可以达到介质、汽体与固体多相混输，这是绝大多数的其他泵类无法达到的，故有着巨大的意义。它还可以代替投加各种化学添加剂的柱塞计量泵，计量精度相当靠谱，可以满足98%。单螺杆泵与其他型号泵相比，自吸式效率强，通常对液体为清水的吸上高度可达6m，对某些液体在某些转速下最高可达 八、5m,这也拓宽了它的应用领域,完全可以当作自吸式泵应用。

务必指出使用于食品、医药等领域，不锈钢螺杆泵务必适合有关卫生的严格标准。其定子务必使用无毒、无味的橡胶，与传输液体相触碰的零部件都应不被腐蚀，泵内部空间的流道应光滑，使用不必拆解用流动与漂流即能冲洗干净，确保泵内无残留物与细菌的滋生。然而，即使是使用了无毒、无味的橡胶定子，其磨屑不可减少地仍会混入传输的液体中，这对食品与药品等液体，从环保的需求看是并不适合的。目前有些国家的这些领域已使用双螺杆泵或罗茨泵代替单螺杆泵，尽管它们的价格较高，但对食品与药品更为安全。

单螺杆泵的应用在舰船上的应用较晚，使用较多的是处置舱底油污系统的油水分离设备(泵流量通常小于10m3/h，排出压头为0.2/mPa左右，转速通常为 200r/min左右)、污物污水处置设备与废物焚烧炉系统等中作传输泵，在粪便焚烧系统大都使用微型单螺杆泵(转速降为50~60r/min，此时泵流量 lL/min、排出压头为0.2MPa左右，吸上高度约2m)，这些泵由于转速低，寿命就很长。此外，还有用作渣油泵、舱底泵、海泵、甲板冲洗泵与货油泵等，通常都用于低压小泵流量工况。

浅议螺杆泵的系统组成结构与工作原理

自1930年发明螺杆泵以来，螺杆泵技术工艺不断改进和完善，特别是合成橡胶技术和粘接技术的发展，使螺杆泵在石油开采中已得到了广泛的应用。目前在采用聚合物驱油的油田中，螺杆泵已成为常用的人工举升方法。

系统组成及泵的工作原理

1.系统组成

螺杆泵采油系统主要由驱动装置、井口装置、井下螺杆泵以及中间油管组成。根据其驱动方式不同，可分为电动、液动和机动三种类型的螺杆泵采油系统。地面驱动(机动)螺杆泵的应用最为广泛，本节主要介绍机动螺杆泵系统。

机动螺杆泵采油系统由井底螺杆泵、抽油杆柱、抽油杆扶正器及地面驱动系统等组成。

工作时，由地面动力带动抽油杆柱旋转，连接于抽油杆底端的螺杆泵转子随之一起转动，井液经螺杆泵下部吸入，由上端排出，并从油管流出井口，再通过地面管线输送至计量站。

这种采油方式最为简便，实际使用时井下也不需要安装泄油装置，因为螺杆泵转子一旦脱离泵筒，油套管之间便相互连通，于是起到了泄油的作用。同时，这种装置的使用费用也较低，是浅井较理想的采油方法。

2.螺杆泵的结构与工作原理

(1)螺杆泵的结构

单螺杆泵是由定子和转子组成的。转子是通过精加工、表面镀铬的高强度螺杆；定子就是泵筒，是由一种坚固、耐油、抗腐蚀的合成橡胶精磨成型，然后被永久地粘接在钢壳体内而成。除单螺杆泵外，螺杆泵还有多螺杆泵(双螺杆、三螺杆及五螺杆泵等)，主要用于输送油品。

(2)螺杆泵的工作原理

螺杆泵是靠空腔排油，即转子与定子间形成的一个个互不连通的封闭腔室，当转子转动时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移。封闭腔在排出端消失，空腔内的原油也就随之由吸入端均匀地挤到排出端。同时，又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入。这样，封闭空腔不断地形成、运移和消失，原油便不断地充满、挤压和排出，从而把井中的原油不断地吸入，通过油管举升到井口。