五螺杆泵型线.docVIP

五螺杆泵型线分析及改进探讨 陈金海1 陈德宏2 (1.石家庄水泵厂,河北石家庄;050011 2.石家庄经编实业有限公司，河北石家庄;050011) 摘 要：简缩了传统五螺杆泵齿型实用计算，并对型线进行改进探讨。给出提高五螺杆泵性价比的方案及计算实例，以供不同生产条件之参考。 关键词：五螺杆泵 型线 铣型面 1 前 言 五螺杆泵在常规技术性能上不如双、三螺杆泵，但因其流量大、外型小、吸上性能好等优点，虽造价较高仍为舰船设备的首选。从理论分析，五螺杆泵的第一类密封性和第二类密封性都不太好，故通常用于低排压（小于1.2Mpa）大流量工况[1]。优良的吸上性能使五螺杆泵可在大流量情况采用高转速（多数可用3000rpm[2]），补偿了其理论上密封性差的缺点。因此，五螺杆泵能在螺杆泵应用领域占有一席之地。 实际上螺杆机械能做到严格第一类密封性的很少（例，三螺杆泵从杆倒棱就破坏了第一类密封性）；第三类密封性设计都可解决；第四类密封性与制造水平相关。相对而言，第二类密封性是五螺杆泵的主要问题。然而，一、二类密封性对泄漏的影响很复杂，很难从理论上定量。通常泄漏时，液流由排出端到吸入端要经过复杂的迷宫式螺旋槽，由于阻尼效应其泄漏的阻力很大，因而有时此种泄漏并非关键。所以，正如很多现有理论上非密封性的螺杆机械一样，不应拘泥于理论上严格的密封性而更应注重综合使用效果。五螺杆泵目前应用范围较窄，其根本原因是经济性问题：现五螺杆泵性价比远高于其他螺杆泵。本文对其型线分析及改进的探讨旨在提出一种提高五螺杆泵‘性价比’的方法，以期促进五螺杆泵的扩大应用。 2 五螺杆泵传统型线[3、4、5] 五螺杆泵结构如图1所示，主杆居中，四从杆圆周均布。主、从杆的外径da、节径dj、底径df尺寸相等，型线一致，仅中心角τ不等，以使过流面积较大。三径之比尚无统一标准，多为齿顶系数X=0.24，此时da=(1+X) dj和df=(1-X) dj。现以俄国（前苏联）M型五螺杆泵系列为例[2]。 螺杆齿曲线为双头凹型，如图2所示：右为传力型线；左为密封型线。传力型线由三段组成（类似双螺杆泵的c型线[6]），ab为摆线；bc是渐开线；cd为旋轮线。密封型线由两段组成，ef为摆线；fg类似倒棱是长幅摆线(起点半径为0.58dj)。主杆2τ=30°, 从杆2τ=130°51′48″。方程如下： ab段： x=[cos(τ-φ)-0.62cos(τ-2φ)] dj y=[sin(τ-φ)-0.62sin(τ-2φ)] dj bc段： x=0.5cosα[cos(τ+θ+φ)+φsin(τ+θ+φ)] dj y=0.5cosα[sin(τ+θ+φ)-φcos(τ+θ+φ)] dj cd段： x=[cos(τ+θ+φ)- 0.5cosαcos(τ+θ+2φ)] dj y=[sin(τ+θ+φ)- 0.5cosαsin(τ+θ+2φ)] dj ef段：同ab段 fg段： x=[cos(τ+θ+φ)- 0.58cos(τ+θ+2φ)] dj y=[sin(τ+θ+φ)- 0.58sin(τ+θ+2φ)] dj 式中：φ为齿形滚角（φ1≤φ≤φ2）；θ为齿段极角；α为啮合角（15°）。 图1 五螺杆泵横截面 图2 螺杆齿曲线坐标 传统的五螺杆泵型线各段角度基于上述规定，确定值见表一。 表1 五螺杆泵型线各段角度值 型线段 φ1 φ2 θ ab 0° 21°49′19″ bc 0° 30°42′17″ 6°40′50″ cd 15° 28°30′09″ 7°23′06″ ef 0° 32°18′39″ fg 30°26′31″ 34°50′30″ 2°32′07″ 传统型线的五螺杆泵过流断面面积为1.381da2；导程多为Pz=1.6dj ；工作长度L=2Pz。 （注：此节系综合简缩标示之文献，且经验算已对有误数据作了订正，可实际应用。） 3 改进型线 3.1 方案1（修正） 传统五螺杆泵的密封面型线是点的轨迹线。因而，螺杆运转时为点（线）接触。虽采用了类似倒角改进了型线尖角部分，改变了接进角，可提高一些耐磨性，然其实质仍为点接触。现将型线的尖角部分改为圆弧，使螺杆运转时为弧线（亚面）接触。 图3为方案1与传统型线的对照：B 是以节圆为滚动圆的延长摆线倒角修正型线；A 是现圆弧修正型线（圆弧以外线段是其共轭线的包络线）。从中可清晰地看出A、B