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单螺杆泵(同Mono Pump,莫诺泵，奈莫泵)的工作原理

Landon — Tue, 05 Aug 2008 06:06:00 +0000

注：以前曾在文章G型单螺杆泵(Mono Pump“莫诺泵”)简介中摘录了单螺杆泵的工作原理，但结合本文可能会对其有更深入的了解。

泵的工作原理

单螺杆泵属于转子式容积泵，它是依靠螺杆与衬套相互啮合在吸入腔和排出腔产生容积变化来输送液体的。它是一种内啮合的密闭式螺杆泵，主要工作部件由具有双头螺旋空腔的衬套（定子）和在定子腔内与其啮合的单头螺旋螺杆（转子）组成。当输入轴通过万向节驱动转子绕定子中心作行星回转时，定子 — 转子副就连续地啮合形成密封腔，这些密封腔容积不变地作匀速轴向运动，把输送介质从吸入端经定子 — 转子副输送至压出端，吸入密闭腔内的介质流过定子而不被搅动和破坏。

螺杆（如图1-1）具有单头螺纹，其任意截面皆为半径为R的圆，截面的中心位于螺旋线上且与螺杆的轴心线偏离一个偏心距e，绕轴旋转且沿轴向移动而形成的。

图1-1螺杆

衬套（如图1-2）内表面具有双头螺纹，其任意截面为一长圆，两端是半径为R（等于螺杆截面半径）的半圆，中间是长为4e的直线段。衬套的任意截面都是相同的长圆，只是彼此互相错开一个角度。

图1-2 衬套

螺杆装入衬套后，螺杆表面与衬套内螺纹表面之间形成一个个封闭的腔室，同时任意截面也被分成上下两个月牙形工作室（如图1-3所示）。当螺杆旋转时，靠近吸入室的第一个工作室的容积逐渐增大，形成负压，在压差的作用下液体被吸入工作室。随着螺杆的继续转动，工作腔容积不断增至最大后，这个工作室封闭，并将液体沿轴向推向压出室。与此同时上下两个工作室交替循环地吸入和排出液体，因此液体被连续不断地从吸入室沿轴向推向压出室。

图3 “月牙工作室”

合适工作的工况

输送高粘度介质：根据泵的大小不同可以输送粘度从37000-200000厘泊的介质。

含有颗粒或纤维的介质：颗粒直径可以30mm（不超过转子偏心距）。纤维长可以350mm（相当0.4位转子的螺距）。其含量一般可达介质窖的40%，若介质中的固体物为细微之粉沫状时，最高含量可达60%或更高也能输送。要求输送压力稳定，介质固有结构不受破坏时，选用单螺杆泵输送最为理想。

泵的特点

单螺杆泵由于结构和工作特性，与活塞泵离心泵、叶片泵、齿轮泵相比具有下列诸多优点：

1、能输送高固体含量的介质； 2、流量均匀压力稳定，低转速时更为明显； 3、流量与泵的转速成正比，因而具有良好的变量调节性； 4、一泵多用可以输送不同粘度的介质； 5、泵的安装位置可以任意倾斜； 6、适合输送敏感性物品和易受离心力等破坏的物品； 7、体积小，重量轻、噪声低，结构简单，维修方便。

泵的选用

选用泵的规格是根据被输送液体的性质和流量、压力来决定的，而泵的转速则由输送液体的粘度和腐蚀性、作为主要参数来选择，才能保证泵可靠运行。

泵的设计转速为输送清水或清水相类似的无腐蚀性液体时允许最高转速，在实际使用中因介质性质与寿命要求不同，选用时一般都应低于设计转速。对高粘度和含颗粒介质，一般采用设计转速的 1/2-1/3 或更低些，低转速对泵的磨损有利，但在使用后由于定子的磨损流量下降，这时可适当提高转速，以补偿流量下降也为常策。

输送介质的温度应在 -10 ℃～80℃特殊情况可高达120℃。

泵的每级（定子的一个导程）正常压力为 0.6Mpa，短时间（不超过30分钟）内允许高达0.8Mpa，当磨损后在相同输出压力时的容积效率要逐步下降。

泵送清水时最高吸程为 8米，实际使用建议不超过6.5米，当泵送高粘度介质时，应以正压吸入。

(原文见：http://combust.hit.edu.cn/blog/user1/chengq/archives/2006/6322.shtm )

罗茨真空泵工作原理

Landon — Wed, 04 Jun 2008 01:57:00 +0000

摘自金猪大人

罗茨真空泵（简称罗茨泵）是一种旋转式变容真空泵。它是由罗茨鼓风机演变而来的。根据罗茨真空泵工作范围的不同，又分为直排大气的低真空罗茨泵；中真空罗茨泵（又称机械增压泵）和高真空多级罗茨泵。一般来说，罗茨泵具有以下特点：

在较宽的压强范围内有较大的抽速；
起动快，能立即工作；
对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感；
转子不必润滑，泵腔内无油；
振动小，转子动平衡条件较好，没有排气阀；
驱动功率小，机械摩擦损失小；
结构紧凑，占地面积小；
运转维护费用低。

因此，罗茨泵在冶金、石油化工、造纸、食品、电子工业部门得到广泛的应用。

罗茨泵的工作原理：

罗茨泵的结构如图所示。在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。

罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v₀内，再经排气口排出。由于吸气后v₀空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘，v₀空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间v₀中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。

如图为罗茨泵转子由0°转到180°的抽气过程。在0°位置时（图中a），下转子从泵入口封入v₀体积的气体。当转到45°位置时（图中b），该腔与排气口相通。由于排气侧压强较高，引起一部分气体返冲过来。当转到90°位置时（图中c），下转子封入的气体，连同返冲的气体一起排向泵外。这时，上转子也从泵入口封入v₀体积的气体。当转子继续转到135°时（图中d），上转子封入的气体与排气口相通，重复上述过程。180°（图e）位置和0°位置是一样的。转子主轴旋转一周共排出四个v₀体积的气体。

罗茨真空泵的最大优点是在较低的入口压力时具有较高的抽气速率，但它不能单独使用，必须有一台前级真空泵串联，待被抽系统中的压力被前级真空泵抽到罗茨真空泵允许入口压力时，罗茨真空泵才能开始工作，并且在一般情况下，罗茨真空泵不允许高压差工作，否则将会过载和过热而损坏，因此使用罗茨真空泵必须合理地选用前级真空泵，安装必要的保护设备。
前级真空泵一般可选择油封机械泵或液环真空泵，特别在抽除有大量水蒸汽的气体时，选用水环真空泵作为前级泵是很理想的。

旋片真空泵工作原理

Landon — Wed, 04 Jun 2008 01:54:00 +0000

摘自我要学习

装有滑片的偏置转子在泵腔内作回转运动﹐使由滑片分隔的泵腔工作室容积周期性变化以实现抽气的真空泵﹐又称滑片真空泵。如图

旋片真空泵的工作原理为旋片真空泵的工作原理。它主要由泵体(静子)和转子组成。在转子槽中装有两块以上的滑片﹐有些泵滑片间还装有弹簧。转子偏心地装在泵腔内﹐其外缘与泵腔顶部表面的间隙为2～3微米。转子旋转时﹐在离心力等作用下﹐滑片沿槽作往复滑动并与泵腔内壁始终保持接触﹐将泵腔分成两个或几个可变容积的工作室。转子顺时针方向旋转时﹐与吸气口相通的吸气腔容积由零逐渐增大﹐腔内气体压力降低﹐被抽气体便从吸气口源源不断地吸入(图中a 旋片真空泵的工作原理 )。同时﹐与排气口相通的排气腔容积由大变小﹐吸入腔内的气体被压缩﹐待气体压力高于大气压力时﹐推开排气阀排出大气(图中b 旋片真空泵的工作原理 )。转子连续转动﹐泵便不断抽气。排气阀浸在油里﹐油通过排气阀和油孔进入泵腔﹐使泵腔内所有运动件的表面覆盖一层油膜﹐密封住吸气腔与排气腔间的间隙﹐防止气体返流。这些油还能减少排气腔内的有害空间﹐以消除它们对极限压力的影响。因此这种真空泵是一种油封式机械真空泵。随着技术的发展﹑制造工艺的完善和优质材料的选用﹐小型滑片真空泵的转轴可与电动机轴直联﹐转速可高达1450转/分﹐大大提高了泵的抽气速率和减轻了泵的重量。

滑片真空泵的抽速范围为0.5～150升/秒(1升＝10-3米3)﹐工作压力范围一般为1×105～1帕﹐较大抽速的压力范围为1×105～13帕。极限压力﹕单级泵为1帕﹐双级泵为6.5×10-2帕。旋片真空泵一般只适于抽除干燥或含有少量可凝性蒸汽的气体(对于后者须装气镇阀)﹐不适于抽除含氧过高﹑爆炸性﹑腐蚀性﹑对泵油起化学作用和含有固体颗粒的气体。在真空系统中﹐这种泵可单独使用﹐或作为增压泵﹑扩散泵等的前级泵。

水环真空泵的工作原理

Landon — Wed, 04 Jun 2008 01:51:00 +0000

摘自群群83幸福水晶屋

水环真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为2000~4000Pa，串联大气喷射器可达270~670Pa。水环泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为1~2×105Pa表压力。
水环泵最初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等，水环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，水环泵应用日益增多。

如图：在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中指示的方向顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。
综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。

G型单螺杆泵(Mono Pump“莫诺泵”)简介

Landon — Wed, 26 Mar 2008 05:42:00 +0000

G型单螺杆泵在发达国家已广泛使用，国外多数称单螺杆泵"莫诺泵"《MONOPUMPS》，德国称"偏心转子泵"。由于其优良的性能，近年来在国内的应用范围也在迅速扩大。它的最大特点是对介质的适应性强、流量平稳、压力脉动小、自吸能力高，这是其它任何泵种所不能替代的。因定子选用多种弹性材料制成，所以这种泵对高粘度流体的输送和含有硬质悬浮颗粒介质或含有纤维介质的输送，有一般泵种所不能胜任的特性。其流量与转速成正比。
单螺杆泵结构紧凑，体积小，维修简便。对介质的适应性强，流量平稳，压力脉动小，自吸能力高。工作温度可达120℃，如果需输送120℃-350℃高温介质，可定做。广泛用于食品、冶金、造纸、印染、化工、化肥、制药等工业部门。

工作原理:
具有特殊螺旋面型腔的弹性定子与具有大导程大齿高的转子相啮合，在定子型腔内构成连续的密封线将吸入腔与压出腔分隔，转子转动时型腔连续地向排出方向运动，使物料不断地被抽吸与排出。

1 出料腔 2 拉杆 3 螺杆胶套 4 螺杆轴 5 万向节总成 6 吸入口体7 连节轴 8 填料器 9 填料压盖 10 轴承座 11 轴承盖 12 电机13 连轴器 14 轴套 15 轴承 16 传动主轴 17 底座

离心泵常识四:离心泵的汽蚀现象、安装高度及汽蚀余量NPSH

Landon — Fri, 15 Feb 2008 07:53:00 +0000

汽蚀现象：
离心泵是靠贮槽液池与泵入口之间的压力差(pa-p1)将液体吸入，当输送温度下液体的饱和蒸汽压等于或大于p1时，液体在该处汽化并产生气泡，气泡随同液体从低压区流向高压区，在高压的作用下，气泡迅速结、破裂，在凝结的瞬间，周围的液体质点以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，打击着叶轮表面，使叶轮很快损坏，这种现象称为”汽蚀”。

汽蚀现象发生时，其危害性：
(1)发生泵体震动，并发出噪音。
(2)流量下降，出口压力下降，效率下降，严重时，甚至完全不能输送液体。
(3)金属材料遭受损坏。
为了防止汽蚀现象发生，泵的安装高度不能太高，以保证大于液体的饱和蒸汽压。

离心泵的安装高度
泵的安装高度指泵的吸入口与贮槽流面间的垂直距离Hg。
允许吸上真空高度：
允许吸上真空高度是指泵入口处压力可允许达到的最高真空度，以Hs表示，

Hs∽Hg关系：

Hs值由泵制造厂家实验测定，从泵样本中可查到。必须指出的是泵样本中给出的Hs值为：20℃清水和大气压为1.013×105pa时的数值。如果泵的操作条件不符，需校正。校正方法：
输送清水：Hs1=Hs+(Ha-10.33)-(Hv-0.24)
输送其它液体： Hs’=Hs1ρH2O/ρ

要提高泵的安装高度应尽量减少u12/2g和Hf0-1。所以一般泵吸入管径稍大，吸入管路要尽可能短，且需减少不必要的弯头、阀门等。

汽蚀余量：（对输送沸点较低液体的离心油泵）
泵在正常操作时p1>pv 。超出越多，愈不易出现气蚀现象。
汽蚀余量NPSH（net positive suction head)定义：

指泵吸入口单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。

Δh-Hg关系：

注意：Δh为20℃时清水值。输送其它液体时，要较正（一般可不校正）

离心泵常识三:离心泵的安装和使用需注意的问题

Landon — Fri, 15 Feb 2008 07:19:00 +0000

1、泵的安装高度应稍低于允许吸上高度
2、泵启动前必须向泵内灌满被输送的液体
这主要是为了防止”气缚”现象，就是说在泵内有空气，使离心泵无自吸能力。
3、泵启动时应关闭出口阀门
主要是使泵的启动功率最小。因为根据特性曲线（N-Q曲线），功率N随着流量Q增大而增大。
4、停泵前一般应先关闭出口阀门，以免排出管路的液体倒流入泵内，使叶轮受损。

离心泵常识二:特性曲线的测定实验装置及方法

Landon — Fri, 15 Feb 2008 03:20:00 +0000

1、实验装置

本实验装置主体设备为一台单级单吸离心水泵。为了便于观察，泵壳端盖用透明材料制成。电动机直接连接半敞式叶轮离心泵与循环水槽、分水槽和各种测量仪表构成一个测试系统。实验装及其流程如图2所示。

图2 离心泵实验仪流程图
1．循环水槽 2．底阀 3．离心泵 4．真空泵 5．注水槽 6．压力表 7．调节阀 8．孔板流量计 9．分流槽 10．电流表 11．调压变压器 12．电压表 13．倒形管压差计

泵将循环水槽中的水，通过汲入导管汲入泵体在汲入导管上端装有真空表，下端装有底阀（单向阀）。底阀的作用是当注水槽向泵体内注水时，防止水的漏出。
水由泵的出口进入压出导管。压出导管沿程装有压力表、调节阀和孔板流量计。由压出导管流出的水，用转向导管送入分流槽。分流槽分为二格，其中一格的水可以流出用以计量，另一格的水可流回循环水槽。根据实验内容不同可用转向弯管进行切换。

2、试验方法
在离心泵性能测定前，按下列步骤进行启动操作：
(1)充水。打开注水槽下的阀门，将水灌入泵内。在灌水过程中，需打开调节阀，将泵内空气排除。当从透明端盖中观察到泵内已灌满水后，将注水阀门关闭。
(2)启动。启动前，先确认泵出口调节阀关闭，变压器调回零点，然后合闸接通电源。调节变压器至额定电压（220），泵即随之启动。
(3)运行。泵启动后，叶轮旋转无振动和噪声，电压表、电流表、压力表和真空表指示稳定，则表明运行已经正常，即可进行实验。

实验时，逐渐分布调节泵出口调节阀。每调定一次阀的开启度，待状况稳定后，即可进行以下测量：
(1)将出水转向弯头由分水槽的回流格拨向排水格同时，用秒表记取时间，用容器接取一定水量。用称量或量取体积的方法测定水的体积流率（这时要接好循环水槽的自来水水源）。
(2)从压强表和真空表上读取压强和真空度的数值。
(3)记取孔板流量计的压差计读数。
(4)从电压表和电流表上读取电压和电流值。
在泵的全部流量范围内，可分成8-10组数据进行测量。

实验完毕后，应先将泵出口调节阀关闭，再将调压变压器调回零点，最后再切断电源。

离心泵常识一:主要特性参数及特性曲线的测定原理

Landon — Thu, 14 Feb 2008 13:10:00 +0000

（为了以后查询方便，把一些工作常用的东西放在这儿。同时也可方便需要的同志们。）

离心泵主要特性参数有流量、扬程、功率和效率。这些参数不仅表征泵的性能，也是选择和正确使用泵的主要依据。

1．泵的流量

泵的流量即泵的送液能力，是指单位时间内泵所排出的液体体积。泵的流量可直接由一定时间t内排出液体的体积V或质量m来确定。

即

m³ · s^-1 (1)

或

m³ · s^-1 (2)

若泵的输送系统中安装有经过标定的流量计时，泵的流量也可由流量计测定。当系统中装有孔板流量计时，流量大小由压差计显示，流量Vs与倒置U形管压差计读数R之间存在如下关系：

m³ · s^-1 (3)

式中：Co— 孔板流量系数；

So— 孔板的锐孔面积，m²；

2．泵的扬程

泵的扬程即总压头，表示单位重量液体从泵中所获得的机械能。

若以泵的压出总管路中装有压力表处为B截面，以及入管路中装有真空表处为A截面，并在此两截面之间列机械能衡算式，则可得出泵扬程He的计算公式：

式中：P_A —由真空表测得的真空度，Pa；

P_B —由压力表测得的表压强，Pa；

Ho — A、B两个截面之间的垂直距离，m；

U_A — A截面处的液体流速，m³ · s^-1 ；

U_B — B截面处的液体流速，m³ · s^-1 。

3．泵的功率

在单位时间内，液体从泵中实际所获得的功，即为泵的有效功率。若测得泵的流量为Vs m³ · s^-1 ，扬程为He，m，被输送液体的密度为ρ， kg · m³，则泵的有效功率可按下式计算：

Ne = VsHeρg W (5)

泵轴所作的实际功率不可能全部为被输送液体所获得，其中部分消耗于泵内的各种能量损失。电动机所消耗的功率有大于泵轴所作出的实际功率。电机所消耗的功率可直接由输入电压U和电流I测得，即

N = UI W (6)

4．泵的总效率

泵的总效率可由测得的泵有效功率和电机实际所消耗功率计算得出，即

图1 离心泵特性曲线

(7)

这时得到的泵的总效率除了泵的效率外还包括传动效率和电机的效率

5．泵的特性曲线

上述各项泵的特性参数并不是孤立的，而是相互制约的。因此，为了准确全面的表征离心泵的性能，需在一定转速下，将实验测得的各项参数即：He、N、η、与Vs之间的变化关系标绘成一组曲线。这组关系曲线称为离心泵特性曲线，如图1所示。离心泵特性曲线对离心泵的操作性能得到完整的概念，并由此可确定泵的最适宜操作状况。

通常，离心泵在恒定转速下运转，因此泵的特性曲线是在一定转速下测得的。若改变了转速，泵的特性曲线也将随之而异。泵的流量Vs、扬程He和有效功率Ne与转速η之间，大致存在如下比例关系：

(8)

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