螺杆泵

机械工程学术语

螺旋泵，亦称“螺旋扬水机”、“阿基米德螺旋泵”。利用螺旋叶片的旋转，使水体沿轴向螺旋形上升的一种泵。由轴、螺旋叶片、外壳组成。抽水时，将泵斜置水中，使水泵主轴的倾角小于螺旋叶片的倾角，螺旋叶片的下端与水接触。当原动机通过变速装置带动螺旋泵轴旋转时，水就进入叶片，沿螺旋型流道上升，直至出流。结构简单，制造容易，流量较大，水头损失小，效率较高，便于维修和保养，但扬程低，转速低，需设变速装置。多用于灌溉、排涝，以及提升污水、污泥等场合。中国从20世纪70年代开始使用。

工作原理

螺旋泵的装置包括原动机、变速传动装置和螺旋泵三部分，如图1所示，具体是由螺旋叶片1、泵轴2、轴承座3和外壳4组成的。螺旋泵倾斜装在上、下水池之间，螺旋泵的下端叶片浸入到水面以下。当泵轴旋转时，螺旋叶片将水池中的水推入叶槽，水在螺旋的旋转叶片作用下，沿螺旋轴一级一级往上提升，直至螺旋泵的出水口。螺旋泵只改变流体的位能，它不同于叶片式水泵将机械能转换为输送液体的位能和动能。如图1所示。

设计参数

(1)安装倾角(θ)。安装倾角指螺旋泵轴对水平面的夹角。它直接影响泵的效率和流量。据有关资料介绍，倾角每增加一度，效率大约降低3%。一般认为倾角在30°～40°为经济。

(2)间隙。间隙指螺旋叶片与外壳之间的间隙。间隙越小，水漏损失就越小，泵的效率就越高。

(3)转速(n)。螺旋泵的转速较慢，一般为20～80 r/min。实验资料证明：螺旋泵的外径较大时，转速宜减小。

(4)提升高度(H)。螺旋泵只有提升高度，而没有压水高度。它的提升高度一般为3～8 m。

(5)螺旋叶片直径(D)。泵的叶片直径越大，其效率越高，螺旋泵的叶片直径与泵轴直径的最佳比例为2:1。

(6)头数(Z)。头数指螺旋叶片的片数，一般为1～4片。它们相隔一定的间距环绕泵轴螺旋上升。头数越多，泵效率也越高。对于一定直径的螺旋泵，每增加一个叶片头数，提升能力约增加20%。

(7)导程和螺距。螺旋叶片环绕泵轴螺旋上升360°所经轴向距离，即为一个导程λ。螺距S和导程λ的关系如下：

(8)流量(Q)和轴功率(N)。流量可按下式计算：

轴功率为

式中：D为叶片外径(m)；d为泵轴直径(m)；S为螺距(m)；α为提水断面率；n为转速(r/min)；η为泵的效率(%)；ρ为所提升的液体密度(kg/m3)；Q为流量(m3/s)；H为提升高度(m)。

特点

与叶片泵相比较，螺旋泵具有以下优点：

①转速低(一般为20r/min～90r/min)，机械磨损小，不会发生汽蚀。

②流道宽，可以输送含有固体物的水。

③泵体结构是半开的，可以观察到泵内的运行情况。

④吸入侧流态对水力性能影响甚微，对吸水池无特殊要求，基础开挖深度小，水工建筑物施工简单，土建费用少。

其缺点是：

①尺寸大，占地面积也大。

②受机械加工条件限制，泵轴不能太长，因而扬程较低，一般不超过10m。

③吸水面、出水面高度变化不能太大，否则会影响工作效率，增加能耗。

分类

螺杆泵按螺杆数量分为。

单螺杆泵——单根螺杆在泵体的内螺纹槽中啮合转动的泵。

双螺杆泵——由两个螺杆相互啮合输送液体的泵。

三螺杆泵——由多个螺杆相互啮合输送液体的泵。

单螺杆泵

是一种单螺杆式输运泵，它的主要工作部件是偏心螺旋体的螺杆（称转子）和内表面呈双线螺旋面的螺杆衬套（称定子）。其工作原理是当电动机带动泵轴转动时，螺杆一方面绕本身的轴线旋转，另一方面它又沿衬套内表面滚动，于是形成泵的密封腔室。螺杆每转一周，密封腔内的液体向前推进一个螺距，随着螺杆的连续转动，液体螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔，最后挤出泵体。螺杆泵是一种新型的输送液体的机械，具有结构简单、工作安全可靠、使用维修方便、出液连续均匀、压力稳定等优点。

双螺和多螺

下面以三螺杆为例。

它主要是由固定在泵体中的衬套（泵缸）以及安插在泵缸中的主动螺杆和与其啮合的两根从动螺杆所组成。三根互相啮合的螺杆，在泵缸内按每个导程形成为一个密封腔，造成吸排口之间的密封。

泵工作时，由于两从动螺杆与主动螺杆左右对称啮合，故作用在主动螺杆上的径向力完全平衡，主动螺杆不承受弯曲负荷。从动螺杆所受径向力沿其整个长度都由泵缸衬套来支承，因此，不需要在外端另设轴承，基本上也不承受弯曲负荷。在运行中，螺杆外圆表面和泵缸内壁之间形成的一层油膜，可防止金属之间的直接接触，使螺杆齿面的磨损大大减少。

螺杆泵工作时，两端分别作用着液体的吸排压力，因此对螺杆要产生轴向推力。对于压差小于10千克力/cm2 的小型泵，可以采用止推轴承。此外，还通过主动螺杆的中央油孔将高压油引入各螺杆轴套的底部，从而在螺杆下端产生一个与轴向推力方向相反的平衡推力。

螺杆泵和其它容积泵一样，当泵的排出口完全封闭时，泵内的压力就会上升到使泵损坏或使电动机过载的危险程度。所以，在泵的吸排口处，就必须设置安全阀。

螺杆泵的轴封，通常采用机械轴封，并可根据工作压力的高低采取不同的形式。

常见问题处理

1.泵体剧烈振动或产生噪音：

产生原因：水泵安装不牢或水泵安装过高；电机滚珠轴承损坏；水泵主轴弯曲或与电机主轴不同心、不平行等。

处理方法：装稳水泵或降低水泵的安装高度；更换电机滚珠轴承；矫正弯曲的水泵主轴或调整好水泵与电机的相对位置。

2.传动轴或电机轴承过热：

产生原因：缺少润滑油或轴承破裂等。

处理方法：加注润滑油或更换轴承。

3.水泵不出水：

产生原因：泵体和吸水管没灌满引水；动水位低于水泵滤水管；吸水管破裂等。

选用及应用

螺杆泵因其有可变量输送、自吸能力强、可逆转、能输送含固体颗粒的液体等特点，在污水处理厂中，广泛地被使用在输送水、湿污泥和絮凝剂药液方面。螺杆泵选用应遵循经济、合理、可靠的原则。如果在设计选型方面考虑不周，会给以后的使用、管理、维修带来麻烦，所以选用一台按生产实际需要，合理可靠的螺杆泵既能保证生产顺利进行，又可降低修理成本。

一、螺杆泵的转速选用

螺杆泵的流量与转速成线性关系，相对于低转速的螺杆泵，高转速的螺杆泵虽能增加了流量和扬程，但功率明显增大，高转速加速了转子与定子间的磨耗，必定使螺杆泵过早失效，而且高转速螺杆泵的定转子长度很短，极易磨损，因而缩短了螺杆泵的使用寿命。

通过减速机构或无级调速机构来降低转速，使其转速保持在每分三百转以下较为合理的范围内，与高速运转的螺杆泵相比，使用寿命能延长几倍。

二、螺杆泵的品质

螺杆泵的种类较多，相对而言，进口的螺杆泵设计合理，材质精良，但价格较高，服务方面有的不到位，配件价格高，订货周期长，可能影响生产的正常运行。

国内生产的大都仿制进口产品，产品质量良莠不齐，在选用国内生产的产品时，在考虑其性价比的时候，选用低转速，长导程，传动量部件材质优良，额定寿命长的产品。

三、确保杂物不进入泵体

湿污泥中混入的固体杂物会对螺杆泵的橡胶材质定子造成损坏，所以确保杂物不进入泵的腔体是很重要的，很多污水厂在泵前加装了粉碎机，也有的安装格栅装置或滤网，阻挡杂物进入螺杆泵，对于格栅应及时清捞以免造成堵塞。

四、避免断料

螺杆泵决不允许在断料的情形下运转，一经发生，橡胶定子由于干摩擦，瞬间产生高温而烧坏，所以，粉碎机完好，格栅畅通是螺杆泵正常运转的必要条件之一，为此，有些螺杆泵还在泵身上安装了断料停机装置，当发生断料时，由于螺杆泵其有自吸功能的特性，腔体内会产生真空，真空装置会使螺杆泵停止运转。

五、保持恒定的出口压力

螺杆泵是一种容积式回转泵，当出口端受阻以后，压力会逐渐升高，以至于超过预定的压力值。此时电机负荷急剧增加。传动机械相关零件的负载也会超出设计值，严重时会发生电机烧毁、传动零件断裂。为了避免螺杆泵损坏，一般会在螺杆泵出口处会安装回油阀，用以稳定出口压力，保持泵的正常运转。