提高双螺杆泵工作性能和工作寿命的途径

　　摘　要：以双螺杆泵的主要部件螺杆及同步齿轮为研究重点，从制造精度、检测手段及工作条件等角度出发，对影响双螺杆泵工作性能和使用寿命的因素进行了分析，给出了改进途径。
　　关键词：双螺杆泵；工作性能；使用寿命
　　0　前言
　　双螺杆泵是一种转子式容积泵，具有运行平稳、流量压力无脉动、自吸能力强等特点，适合于输送各种清洁的不含固体颗粒的高粘度或低粘度的介质，尤其适用于气液两相介质的混输，若选用正确的材质，甚至可以输送许多腐蚀性介质。双螺杆泵已广泛用于造船、化工、食品、油田、热电厂、炼油厂等行业或领域。与国外同类螺杆泵相比，我国不但在设计技术上有差距，在制造技术上也很落后。为了尽快追踪先进制造技术的发展趋势，使我国螺杆泵的制造技术和产品质量早日达到发达国家的水平，研究如何提高双螺杆泵工作性能和使用寿命，具有重要的现实意义。本文以双螺杆泵的主要部件螺杆及同步齿轮为研究的重点，对影响双螺杆泵工作性能和使用寿命的因素进行了分析，并提出了改进途径。
　　1　提高制造精度
　　（1）提高螺杆的精度
　　① 提高生产设备的精度
　　螺杆泵生产厂家应配备目前国内Z先进和Z实用的各类螺杆加工设备、热处理设备，国外的设备如意大利Saporiti公司的螺杆铣床、德国Klingelnberg公司的HNC3 5SL螺杆磨床、英国Holroyd公司的TGI 50E或TG350E螺杆磨床、瑞士Reishauer公司的RG系列螺纹磨床等；国内的设备如青海第二机床厂有SB6332、SK6332A半自动或数控螺纹铣床等、汉江机床厂的SK7432、SK7450数控螺纹磨床等。只有提高母机的精度，才能大幅度提高螺杆的制造精度。虽然，采用这些先进的设备需要大量的资金投入。
　　② 改进螺杆的制造工艺
　　a.采用合理的制造工艺。为提高螺杆的制造精度，可以采用如下的典型工艺：锻坯→车削→粗铣→热处理→外圆磨削→数控螺杆磨削→布轮抛光。
　　b.对于直径较大的螺杆，在锻造工艺允许的条件下，尽量采用锻造毛坯。
　　c.螺杆在加工工序之间和成品存放过程中一律采用吊装方式。
　　d.采用涂层代替镀铬的表面处理方法。由于粉末涂层硬度高，抗磨性好，致密均匀，使得螺杆的耐蚀性和耐磨性更好，从而提高了泵的使用寿命。
　　e.用精磨代替精铣。铣削能达到的型线精度和表面粗糙度是比较低的，随着螺杆型线尺寸及形状精度要求的提高，精铣已很难达到设计要求。由于双螺杆泵螺杆往往需要淬硬，而精铣在淬硬前进行，热处理后的变形只有用精磨才能消除，否则螺杆副的啮合精度很低，泵的性能必然很差，螺杆副的转子寿命也很短。
　　f.用布轮抛光代替砂带抛光。采用布轮抛光可以改善生产环境，并保证不破坏精磨后的螺杆尺寸及形状精度，并进一步减小螺杆表面粗糙度值，增加螺杆的使用寿命。
　　（2）提高同步齿轮的精度
　　双螺杆泵泵内有一对模数和齿数都相同的同步齿轮，保证转子之间不接触转动，即使短时间干运转也没有危险。双螺杆泵同步齿轮的表面糙度和啮合误差，不仅可以引起噪声，还影响传动精度。影响齿轮加工精度的因素很多如机床和刀具精度、加工方法、检测设备精度等等。
　　① 选择合适的制造工艺
　　a.应选择高精度的机床和刀具。
　　b.根据齿轮运行时的圆周速度选择加工方法。通常，当圆周速度v（m/s）在0.8～4之间时，应选用一般的加工方法；当v在4～12之间时，应选用一般精加工或磨削方法；当v在12～60之间时，应选用超精加工方法。同步齿轮的圆周速度通常在12m/s左右。因此， 一般都采用精加工或磨削方法，以提高同步齿轮的表面质量，延长使用寿命。
　　② 选择合理的热处理方式。正火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序，它可以使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，并使组织均匀，消除锻造内应力。调质处理可以使齿轮具有较高的综合机械性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序，感应加热表面淬火可以在工件表层得到极细的“隐晶马氏体”组织，从而提高齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力存在而增加抗疲劳破坏的能力。
　　2　完善检测手段
　　（1）零部件的检测
　　① 螺杆的尺寸和形状精度应该在回转状态下进行动态检测。可以采用数控数量中心（如德国Klingelnberg公司的PNC65、Mahr公司的Primar测量仪等）代替传统的三坐标测量机检测螺杆的全部尺寸及型线等几何形状精度。
　　② 热处理后应对螺杆的内在质量如金相组织、硬度和机械性能等进行检测。螺杆精磨后应采用专门设计的螺杆动态精度检验仪全面检查螺杆的尺寸和形状精度。
　　③ 采用螺杆副精度检查仪对螺杆副啮合精度（回转精度及间隙的均匀性）进行检测。
　　④ 对同步齿轮进行静态和动态精度检测。
　　（2）装配精度检测
　　① 同步齿轮的齿面间隙检测。在安装轴时，必须对齿面间隙进行严格的检测。在装配齿轮时，应保证主动轴必须在两个方向轻微转动，而从动轴不会随之转动。否则，必须改变调整垫圈的厚度，使齿面间隙符合工作性能的要求。
　　② 啮合情况检测。同步齿轮的啮合情况对泵工作转速的平稳性有直接影响，啮合不好会引起泵的流量及压力脉动。在装配时，必须利用塞尺在360°范围内检查齿轮的啮合情况。如果泵适于双向转动，在安装齿轮时，必须保证主、从动螺杆齿侧之间均匀的间隙分布（如图所示），并以此为运行位置进行安装。 　　（3）泵的工作特性检测
　　出厂前，还应对泵的工作特性进行综合检测。包括泵的举升特性、排量特性、能耗特性、使用寿命及振动等工作特性的检测。
　　3　改善工作条件
　　（1）转速
　　齿轮的圆周速度对齿轮的工作性能和使用寿命有很大影响。外置轴承的双螺杆泵，其同步齿轮的圆周速度一般应在12m/s左右。工作转速过低时，由于滑动速度过小，齿轮与齿面之间不能形成油膜，使得齿轮处于干摩擦状态，造成泵流量不稳定，出现压力脉动等现象。工作转速过高，由于润滑油飞溅，同样会产生干摩擦，使同步齿轮发生过热和粘合现象，造成泵的工作性能不稳，使用寿命降低。
　　（2）润滑方式
　　润滑可以显著减小由于摩擦引起的齿轮磨损。外置轴承的双螺杆泵一般都限制在1450r/min 的转速内，所以同步齿轮通常采用油浴润滑。若工作转速较高，可以采用喷油润滑，即在两齿廓脱离啮合处喷入油流进行润滑。
　　（3）工作温度
　　任何一种螺杆泵都有其许用温度范围。双螺杆泵的温度范围通常为-15℃～280℃。泵在工作过程中，由于转子和定子间摩擦、同步齿面间摩擦等因素产生的热量，使泵的温度升高。如果工作温度超过Z大许用温度，就会引起齿轮和螺杆轴的变形，造成转速不稳定，引起流量脉动和压力脉动，降低泵的性能和使用寿命。因此，必须采取降温措施，如自然冷却、热辐射、热传导或冷却水散热等方法。
　　4　结束语
　　综上所述，影响双螺杆泵工作性能和使用寿命的因素很多，它不仅与螺杆及同步齿轮的制造精度、检测手段、工作条件等因素有关，还与泵的其它部件的性能以及泵的结构、安装维护方法等因素有关。在实际工作中，应视具体情况，综合考虑各种因素，采取合理的措施，才能有效的改善双螺杆泵的工作性能，提高泵的使用寿命。
　　参考文献
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