浅析螺杆泵的发展与应用

何娟++何存芳

摘 要：螺杆泵是一种容积式转子泵，由于其可以输送多种种类的介质而被广泛地应用于农业和工业生产中。螺杆泵按螺杆数目分为单、双、三和五螺杆泵，通常根据输送介质的黏度、固液相、化学性质等选择不同类型的螺杆泵，使泵送效果最好。随着时间的推移，螺杆泵的加工工艺也在不断改变，从爆炸成型法到磨削加工、再到镶片式成型铣刀加工等，逐步提高加工精度。伴随着输送流体介质的性质不同，为了提高泵的使用寿命，螺杆泵的定子采用不同的材料制造，如天然或合成橡胶、不锈钢、四氟乙烯、氯乙烯等材料。本文主要从螺杆泵的类型、加工技术和制造材料三个方面分析了螺杆泵的发展脉络，明晰螺杆泵的改进方向。

关键词：螺杆泵；螺杆数；加工；材料

1 引言

在农业和工业生产中，螺杆泵（Progressing cavity pump，简称PCP）被广泛地应用于各种产品的输送。它与离心泵、往复泵、齿轮泵、滑片泵等相比较，在某些方面具有明显的优越性。从20世纪30年代螺杆泵的诞生至今，螺杆泵的历史还不足一百年，但是发展变化迅速，主要从螺杆泵的类型、加工方式和制造材料三个方面呈现变化趋势。螺杆泵的类型到目前为止主要有单螺杆泵和多螺杆泵（双、三、五螺杆泵），根据输送介质的特性和性能参数要求选择不同类型的螺杆泵；随着时间的推移，螺杆泵的加工技术也在不断改变，从爆炸成型法到磨削加工、再到镶片式成型铣刀加工等，逐步提高加工精度；定子能用多种材料制造，一般用天然或合成橡胶，还可采用工具钢、不锈钢、四氟乙烯、氯乙烯或尼龙，根据输送流体介质的不同选择不同的材料。

2 螺杆泵的技术发展分支

2.1螺杆泵类型

螺杆泵可以输送任何形式的介质，并不是一种螺杆泵可以完成的，随着螺杆泵的不断发展，螺杆泵的类型按螺杆的数目到目前为止主要有单螺杆泵和双、三、五螺杆泵，根据输送介质的特性和性能参数要求选择不同类型的螺杆泵[1]。

2.1.1单螺杆泵

单螺杆泵是一种内啮合的密封式容积泵，源于法国人莫伊诺的申请FR736434DA，国外许多国家称之为莫伊诺泵，德国等国家称之为转子偏心泵。按照螺杆泵螺杆螺纹头数，分为单头和双头螺杆泵。双头螺杆泵比单头螺杆泵具有体积小、重量轻的优点；而单头螺杆泵具有结构紧凑，径向尺寸小，压力、排量无脉动，噪声低，自吸性能强以及输送介质时搅动小等优点。CN90214772为典型的单头螺杆泵，螺杆为单头螺旋面，螺套整个内表面均为与螺杆旋向相同的双头螺旋面；CN97109866为典型的双头螺杆泵，椭圆转子单螺杆泵的泵送元件的转子为一横截面呈椭圆形的双头螺旋螺杆，定子为一横截面呈圆角三角形的三头螺旋轴套。

随着螺杆泵的发展和改进，出现偏心螺杆泵，专利申请EP11177734A由弹性体材料制成的定子设置在定子套内部并且能与定子套分开更换，转子在吸入壳内部通过联轴节连接到联接杆或驱动轴上，转子可松开地连接到联轴节的第二活节件上，因此可简便的更换定子和转子。

2.1.2双螺杆泵

双螺杆泵是由主动螺杆、从动螺杆、泵体、安全阀、联轴器、过滤器、同步齿轮和滚动轴承组成。双螺杆泵转子和定子均为刚性材料制成，其制造精度要求比单螺杆泵高，出现时间也较早，在1960年初已有关于双螺杆泵的申请，如GB3670363A，PL5613159等。

按照吸入方式，双螺杆泵可以分为单吸式和双吸式。单吸式螺杆泵吸入腔和压力腔存在压差，单吸双螺杆泵通常要考虑平衡轴向力的液力平衡装置，CN2009202477876为一种单吸双螺杆泵，从动螺杆为悬臂式设置，在轴向上易产生位移。双吸式双螺杆泵，泵体内装有两根左右旋单头螺纹的螺杆，由于螺杆两端处于同一压力腔中，螺杆上的轴向力自行平衡，CN2009202477876为高温耐磨双吸双螺杆泵，主动轴上的主动齿轮与从动轴上的从动齿轮啮合，在主动轴、从动轴上分别套装螺杆。

按照传动方式，双螺杆泵可以分为直接传动和间接传动，直接传动就是由主杆带动从杆，间接传动就是从杆由主杆通过同步齿轮传动，通常双螺杆泵多指间接传动螺杆泵，双螺杆泵在液气两相流体输送中有其他泵难以替代的优势。其中同步齿轮大多采用斜齿轮，例如DE59609957A、CN200320111445、CN200320115406等，均属于间接传动；申请GB3670363A是一种双螺杆密封泵，直接通过主动螺杆驱动从动螺杆，属于直接传动。

2.1.3三螺杆泵

三螺杆泵，主要是由一根主杆、两根从杆和包容三螺杆的泵套组成。螺杆泵型面通常是由摆线形成的，因而称为摆线啮合螺杆泵。三螺杆泵啮合间隙很小，压力可达25MPa，噪声低，效率高，特别适合于能量转换和流体输送。三螺杆泵的加工精度在单、双和三螺杆泵三类螺杆泵中最高，且对介质中的固体颗粒较为敏感。US19320637379A为第一台三螺杆泵，紧接在单螺杆泵问世之后出现，随后出现许多关于三螺杆泵改进的申请，如JP897663、JP173563、US3519375、US15212、CN95240955、CN99242375、CN200720188366等。

2.1.4五螺杆泵

五螺杆泵按照吸入方式也可以分为单吸式和双吸式，双吸式五螺杆泵，泵套内装有五根左、右旋双头螺纹的螺杆，螺杆上的轴向力自行平衡。对于单吸式五螺杆泵，需要考虑平衡轴向力的液力平衡装置。五螺杆泵出现的时间较短，在中国2009年之后才出现，如申请CN200910022355、CN201120174789，且申请量较小。

2.2螺杆泵加工方式

随着时间的推移，螺杆泵的加工技术也在不断改变，从爆炸成型法到磨削加工、再到镶片式成型铣刀加工等，逐步提高加工精度。德国一家螺杆泵制造厂在八十年代中期采用了一种新的螺杆加工方法—爆炸成型法；在螺杆加工方面除了一般采用专用数控铣床进行铣削加工之外，还普遍采用了高精度磨削（CBN）技术，如CA2240168、CN200410037748；还有采用CAM（计算机辅助制造）技术，如CN87101572，在螺杆加工方面已普遍采用镶片式成型铣刀配以高精度转子铣床；螺杆泵定子成型夹具，如CN201420091909，通过料筒的圆柱形空腔将定子成型材料固定成规则的定子形状，通过压板将定子成型材料压实，解决螺杆泵定子成型困难的问题[2]。

2.3 螺杆泵制造材料

螺杆泵的定子能用多种材料制造，一般用天然或合成橡膠作材料，还可采用不锈钢、四氟乙烯、氯乙烯或尼龙作材料，根据输送流体介质的不同选择不同的材料，如CN00221677采用陶瓷螺杆、CN02158850采用聚合材料和陶瓷、US20070967985A采用高温聚合物和复合材料、CN201210293816采用全耐热金属材料、DE29812846U由聚四氟乙烯制造、CN201210293816采用金属螺杆。

3 小结

从螺杆泵的诞生至今不足一百年，但是其在工业农业上得到广泛应用，正因此也促进了螺杆泵技术的不断发展。从单螺杆泵发展为双螺杆泵、三螺杆泵和五螺杆泵，新的螺杆泵类型不断出现，在未来根据使用的需求可能会出现更多螺杆的螺杆泵。不同类型的螺杆泵适用于不同介质的输送，从气体、液体到固液混合流体螺杆泵均能适用。同时，螺杆泵的加工技术也在不断改进，使得加工精度更高，螺杆泵的使用寿命更长。而螺杆泵的制造材料也随着螺杆泵输送介质的不同而不断丰富，根据需要选择润滑性能好、耐高温、防腐蚀性强的材料等，更好的保护泵的结构，延长泵的使用寿命。

参考文献

[1] 杨凯，林富来，丁峰，王增昌.螺杆泵的应用及双螺杆泵的发展[J].机床与液压.1999（04）.

[2] 陈军.螺杆泵在胜利油田的应用及发展方向[J].油气田地面工程.2010，29（12）.