单螺杆泵与多螺杆泵的工作原理及结构解析

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单螺杆泵的工作原理详解

单螺杆泵，一种广泛应用的泵类设备，其工作原理在于螺杆与衬套的相互啮合。当螺杆在衬套内旋转时，会形成吸入腔和排出腔，这两个腔室会随着螺杆的旋转而发生容积变化，从而实现液体的输送。这种泵被归类为内啮合密闭式螺杆泵，其核心部件包括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偏心螺杆（转子）。在输入轴的驱动下，转子围绕定子中心进行行星运动。这种特殊的运动方式，结合转子和定子的几何设计，形成了数个独立的密封容腔。这些密封容腔随着转子的旋转而连续、均匀、且容积不变地被输送从吸入端到压出端。

图1展示了单螺杆泵的详细结构。从图中我们可以清晰地看到，单螺杆泵主要由螺杆、衬套和轴承等关键部件组成。其中，螺杆与衬套的相互啮合是泵工作的核心，它们之间的旋转运动使得液体得以连续、均匀地输送。同时，轴承则负责支撑螺杆，确保其能够顺畅地进行旋转运动。这种精妙的结构设计，使得单螺杆泵在工业领域中发挥着举足轻重的作用。
这种单螺杆泵同样是通过一根旋转的螺杆来推动液体向前，但其高压和低压腔是相互独立的。其独特之处在于螺杆与专门设计的衬套（由弹性材料制成，内嵌螺旋面）的配合。这种结构使得螺杆与衬套能够将液体在轴向上分隔，同时在径向上又将液流一分为二，从而形成多个密封腔。因此，在每个螺杆衬套组合中，螺杆呈现单螺旋面，而衬套的内表面则是双螺旋面，且两者旋向一致，即均为右旋或左旋。

由于单螺杆泵中的介质是轴向均匀推行的，其内部流速较低，压力保持稳定，避免了涡流和搅动的产生。这使得它特别适合于输送高黏度、含有固体颗粒或高纤维的介质，以及需要连续和稳定压力的场合。
多螺杆泵的工作原理

在双螺杆、三螺杆以及五螺杆泵中，通常有一根是主动螺杆，它呈右旋凸螺杆形状，而其他螺杆则为从动螺杆，呈左旋凹螺杆设计。这些螺杆在转动时，会形成特定的吸入和排出过程。当螺杆旋转时，吸入腔的容积逐渐增大，从而降低压力。在这种压力差的作用下，液体通过吸入管进入吸入腔。随着螺杆的持续转动，密封腔内的液体被均匀地推向轴向，并逐渐进入排出腔。由于排出腔一端的容积在缩小，因此液体在压力的作用下被排出。

图2中展示的密封线，实际上是由凹螺杆与凸螺杆相互接触所形成。这些密封线将齿间的容积分隔成多个密封腔，确保了液体的有序移动和排出。

值得注意的是，多螺杆泵中双螺杆泵和三螺杆泵的应用较为广泛。接下来，我们将简要介绍这两种多螺杆泵的结构特点。

图2展示了多螺杆泵的工作原理。其中，密封线是由凹螺杆与凸螺杆相互接触所形成，它将齿间的容积分隔成多个密封腔，从而确保了液体的有序移动和顺利排出。这是多螺杆泵能够高效、稳定工作的关键所在。
图2中，我们详细展示了多螺杆泵的内部结构，包括螺杆1、齿条2以及壳体3。这些部件的协同作用，构成了多螺杆泵高效、稳定工作的基础。
1）双螺杆泵
双螺杆泵是一种外啮合螺杆泵，其工作原理基于相互啮合且互不接触的两根螺杆，从而实现对液体的抽送。这种泵分为密封式和不密封式两种类型，同时，根据介质进入啮合空间的方式，又可分为双吸式和单吸式两种结构。图3展示的是不密封双吸式双螺杆泵的内部结构。它包含两根左、右为单头螺纹的螺杆，其中主动螺杆由动力机驱动旋转，并通过同步齿轮带动从动螺杆旋转。螺杆与泵体之间以及两根螺杆之间都存在间隙，这些间隙由齿轮和轴承精确控制，其大小受到液体黏度和工作压力的影响。由于每根螺杆两端的螺纹旋向相反，因此在螺杆旋转时，由螺杆啮合线构成的泵工作腔会从位于螺杆两端的吸入室逐渐移向位于螺杆中部的压出室。

图3展示了双螺杆泵的内部结构，其中包含两根左、右为单头螺纹的螺杆。主动螺杆由动力机驱动旋转，并通过同步齿轮带动从动螺杆一同旋转。这种泵的工作原理基于相互啮合且互不接触的两根螺杆，实现对液体的抽送。同时，螺杆与泵体之间以及两根螺杆之间都存在精确控制的间隙，这些间隙的大小受到液体黏度和工作压力的影响。在螺杆旋转过程中，由螺杆啮合线构成的泵工作腔会逐渐从吸入室移向压出室，从而完成液体的抽送。
1—主动螺杆；2—填料函；3—从动螺杆；4—泵壳；5，6—齿轮

不密封式螺杆泵的设计特点在于其高压、低压工作腔并未严密隔开，因此其容积效率相较于密封式螺杆泵而言较低，特别是在高压环境下，这种差异更为明显。从经济性角度出发，不密封螺杆泵在高压范围内并不适用，但通过采用特殊的螺杆型线设计，其适用压力范围可得到有效扩展。此外，该泵的螺杆与衬套之间、螺杆与螺杆之间均保持非紧密接触，非常适合输送高黏度、非润滑的液体，或含有微小固相杂质的多相介质。得益于其较低的磨损程度和更长的使用寿命，不密封式双螺杆泵逐渐受到市场青睐，其生产数量和应用范围也在不断扩大。

另一方面，密封式双螺杆泵则满足了更为严苛的密封要求。其结构与特性均与三螺杆泵相似，特别适用于输送不含杂质的洁净润滑性液体，并能在较高压力下工作。双吸式结构设计使得螺杆上的轴向力得以有效平衡。此外，该泵的驱动齿轮和支承螺杆的轴承均位于泵腔外部，采用外置轴承式结构，非常适合输送润滑性较差的介质。若输送的是非腐蚀性和润滑性良好的介质，则可选择内置轴承式结构，其轴承和驱动齿轮均置于泵腔内，从而减少了泵的轴封数量。
2）三螺杆泵
三螺杆泵的结构如图4所示。其设计特点在于三根螺杆在泵壳内相互啮合，形成高压、低压两个独立的工作腔。这种独特结构使得三螺杆泵在输送流体时具有较高的容积效率和较小的脉动。同时，其螺杆与衬套之间保持非紧密接触，非常适合输送高黏度、非润滑的液体，或含有微小固相杂质的多相介质。此外，三螺杆泵还具有较好的自吸能力和较长的使用寿命，因此在多相介质输送、润滑油输送等领域得到广泛应用。

图4展示了三螺杆泵的详细结构。其核心设计在于三根螺杆在泵壳内的相互啮合，从而形成了高压与低压两个独立的工作腔。这种独特设计不仅赋予了三螺杆泵出色的容积效率，还显著减少了脉动。同时，其螺杆与衬套之间的非紧密接触特性，使得该泵特别适合输送高黏度、非润滑的液体，以及含有微小固相杂质的多相介质。此外，三螺杆泵还具备出色的自吸能力和耐久性，因此在多相介质输送、润滑油输送等多个领域均有着广泛的应用。
它主要由固定在泵体中的衬套、安插在泵缸内的主动螺杆及其与之啮合的两根从动螺杆构成。这三根螺杆在泵缸内相互啮合，每个导程形成一密封腔，从而确保吸口与排口之间的有效密封。在泵的工作过程中，由于两根从动螺杆与主动螺杆的对称啮合，使得作用在主动螺杆上的径向力得到完全平衡，因此主动螺杆无需承受弯曲负荷。