淺析螺桿泵的發展與應用

何娟++何存芳

摘 要：螺桿泵是一種容積式轉子泵，由于其可以輸送多種種類的介質而被廣泛地應用于農業和工業生產中。螺桿泵按螺桿數目分為單、雙、三和五螺桿泵，通常根據輸送介質的黏度、固液相、化學性質等選擇不同類型的螺桿泵，使泵送效果最好。隨著時間的推移，螺桿泵的加工工藝也在不斷改變，從爆炸成型法到磨削加工、再到鑲片式成型銑刀加工等，逐步提高加工精度。伴隨著輸送流體介質的性質不同，為了提高泵的使用壽命，螺桿泵的定子采用不同的材料制造，如天然或合成橡膠、不銹鋼、四氟乙烯、氯乙烯等材料。本文主要從螺桿泵的類型、加工技術和制造材料三個方面分析了螺桿泵的發展脈絡，明晰螺桿泵的改進方向。

關鍵詞：螺桿泵；螺桿數；加工；材料

1 引言

在農業和工業生產中，螺桿泵（Progressing cavity pump，簡稱PCP）被廣泛地應用于各種產品的輸送。它與離心泵、往復泵、齒輪泵、滑片泵等相比較，在某些方面具有明顯的優越性。從20世紀30年代螺桿泵的誕生至今，螺桿泵的歷史還不足一百年，但是發展變化迅速，主要從螺桿泵的類型、加工方式和制造材料三個方面呈現變化趨勢。螺桿泵的類型到目前為止主要有單螺桿泵和多螺桿泵（雙、三、五螺桿泵），根據輸送介質的特性和性能參數要求選擇不同類型的螺桿泵；隨著時間的推移，螺桿泵的加工技術也在不斷改變，從爆炸成型法到磨削加工、再到鑲片式成型銑刀加工等，逐步提高加工精度；定子能用多種材料制造，一般用天然或合成橡膠，還可采用工具鋼、不銹鋼、四氟乙烯、氯乙烯或尼龍，根據輸送流體介質的不同選擇不同的材料。

2 螺桿泵的技術發展分支

2.1螺桿泵類型

螺桿泵可以輸送任何形式的介質，并不是一種螺桿泵可以完成的，隨著螺桿泵的不斷發展，螺桿泵的類型按螺桿的數目到目前為止主要有單螺桿泵和雙、三、五螺桿泵，根據輸送介質的特性和性能參數要求選擇不同類型的螺桿泵[1]。

2.1.1單螺桿泵

單螺桿泵是一種內嚙合的密封式容積泵，源于法國人莫伊諾的申請FR736434DA，國外許多國家稱之為莫伊諾泵，德國等國家稱之為轉子偏心泵。按照螺桿泵螺桿螺紋頭數，分為單頭和雙頭螺桿泵。雙頭螺桿泵比單頭螺桿泵具有體積小、重量輕的優點；而單頭螺桿泵具有結構緊湊，徑向尺寸小，壓力、排量無脈動，噪聲低，自吸性能強以及輸送介質時攪動小等優點。CN90214772為典型的單頭螺桿泵，螺桿為單頭螺旋面，螺套整個內表面均為與螺桿旋向相同的雙頭螺旋面；CN97109866為典型的雙頭螺桿泵，橢圓轉子單螺桿泵的泵送元件的轉子為一橫截面呈橢圓形的雙頭螺旋螺桿，定子為一橫截面呈圓角三角形的三頭螺旋軸套。

隨著螺桿泵的發展和改進，出現偏心螺桿泵，專利申請EP11177734A由彈性體材料制成的定子設置在定子套內部并且能與定子套分開更換，轉子在吸入殼內部通過聯軸節連接到聯接桿或驅動軸上，轉子可松開地連接到聯軸節的第二活節件上，因此可簡便的更換定子和轉子。

2.1.2雙螺桿泵

雙螺桿泵是由主動螺桿、從動螺桿、泵體、安全閥、聯軸器、過濾器、同步齒輪和滾動軸承組成。雙螺桿泵轉子和定子均為剛性材料制成，其制造精度要求比單螺桿泵高，出現時間也較早，在1960年初已有關于雙螺桿泵的申請，如GB3670363A，PL5613159等。

按照吸入方式，雙螺桿泵可以分為單吸式和雙吸式。單吸式螺桿泵吸入腔和壓力腔存在壓差，單吸雙螺桿泵通常要考慮平衡軸向力的液力平衡裝置，CN2009202477876為一種單吸雙螺桿泵，從動螺桿為懸臂式設置，在軸向上易產生位移。雙吸式雙螺桿泵，泵體內裝有兩根左右旋單頭螺紋的螺桿，由于螺桿兩端處于同一壓力腔中，螺桿上的軸向力自行平衡，CN2009202477876為高溫耐磨雙吸雙螺桿泵，主動軸上的主動齒輪與從動軸上的從動齒輪嚙合，在主動軸、從動軸上分別套裝螺桿。

按照傳動方式，雙螺桿泵可以分為直接傳動和間接傳動，直接傳動就是由主桿帶動從桿，間接傳動就是從桿由主桿通過同步齒輪傳動，通常雙螺桿泵多指間接傳動螺桿泵，雙螺桿泵在液氣兩相流體輸送中有其他泵難以替代的優勢。其中同步齒輪大多采用斜齒輪，例如DE59609957A、CN200320111445、CN200320115406等，均屬于間接傳動；申請GB3670363A是一種雙螺桿密封泵，直接通過主動螺桿驅動從動螺桿，屬于直接傳動。

2.1.3三螺桿泵

三螺桿泵，主要是由一根主桿、兩根從桿和包容三螺桿的泵套組成。螺桿泵型面通常是由擺線形成的，因而稱為擺線嚙合螺桿泵。三螺桿泵嚙合間隙很小，壓力可達25MPa，噪聲低，效率高，特別適合于能量轉換和流體輸送。三螺桿泵的加工精度在單、雙和三螺桿泵三類螺桿泵中最高，且對介質中的固體顆粒較為敏感。US19320637379A為第一臺三螺桿泵，緊接在單螺桿泵問世之后出現，隨后出現許多關于三螺桿泵改進的申請，如JP897663、JP173563、US3519375、US15212、CN95240955、CN99242375、CN200720188366等。

2.1.4五螺桿泵

五螺桿泵按照吸入方式也可以分為單吸式和雙吸式，雙吸式五螺桿泵，泵套內裝有五根左、右旋雙頭螺紋的螺桿，螺桿上的軸向力自行平衡。對于單吸式五螺桿泵，需要考慮平衡軸向力的液力平衡裝置。五螺桿泵出現的時間較短，在中國2009年之后才出現，如申請CN200910022355、CN201120174789，且申請量較小。

2.2螺桿泵加工方式

隨著時間的推移，螺桿泵的加工技術也在不斷改變，從爆炸成型法到磨削加工、再到鑲片式成型銑刀加工等，逐步提高加工精度。德國一家螺桿泵制造廠在八十年代中期采用了一種新的螺桿加工方法—爆炸成型法；在螺桿加工方面除了一般采用專用數控銑床進行銑削加工之外，還普遍采用了高精度磨削（CBN）技術，如CA2240168、CN200410037748；還有采用CAM（計算機輔助制造）技術，如CN87101572，在螺桿加工方面已普遍采用鑲片式成型銑刀配以高精度轉子銑床；螺桿泵定子成型夾具，如CN201420091909，通過料筒的圓柱形空腔將定子成型材料固定成規則的定子形狀，通過壓板將定子成型材料壓實，解決螺桿泵定子成型困難的問題[2]。

2.3 螺桿泵制造材料

螺桿泵的定子能用多種材料制造，一般用天然或合成橡膠作材料，還可采用不銹鋼、四氟乙烯、氯乙烯或尼龍作材料，根據輸送流體介質的不同選擇不同的材料，如CN00221677采用陶瓷螺桿、CN02158850采用聚合材料和陶瓷、US20070967985A采用高溫聚合物和復合材料、CN201210293816采用全耐熱金屬材料、DE29812846U由聚四氟乙烯制造、CN201210293816采用金屬螺桿。

3 小結

從螺桿泵的誕生至今不足一百年，但是其在工業農業上得到廣泛應用，正因此也促進了螺桿泵技術的不斷發展。從單螺桿泵發展為雙螺桿泵、三螺桿泵和五螺桿泵，新的螺桿泵類型不斷出現，在未來根據使用的需求可能會出現更多螺桿的螺桿泵。不同類型的螺桿泵適用于不同介質的輸送，從氣體、液體到固液混合流體螺桿泵均能適用。同時，螺桿泵的加工技術也在不斷改進，使得加工精度更高，螺桿泵的使用壽命更長。而螺桿泵的制造材料也隨著螺桿泵輸送介質的不同而不斷豐富，根據需要選擇潤滑性能好、耐高溫、防腐蝕性強的材料等，更好的保護泵的結構，延長泵的使用壽命。

參考文獻

[1] 楊凱，林富來，丁峰，王增昌.螺桿泵的應用及雙螺桿泵的發展[J].機床與液壓.1999（04）.

[2] 陳軍.螺桿泵在勝利油田的應用及發展方向[J].油氣田地面工程.2010，29（12）.