多转子螺杆泵间隙泄露量检测方法

摘要

本发明提供的一种多转子螺杆泵泄露量检测方法，包括如下步骤：S1.根据螺杆泵确定泄露间隙，其中，泄露间隙包括螺杆套泄露间隙和螺杆法向泄露间隙；S2.获取与螺杆套泄露间隙和法向泄露间隙的相关参数；S3.建立螺杆套间隙泄漏量和螺杆法向间隙泄漏量的计算模型；S4.将螺杆套泄露间隙相关参数和法向泄露间隙相关参数分别代入螺杆套间隙泄露量计算模型和螺杆法向间隙泄露量计算模型中，并将螺杆套间隙泄漏量和螺杆法向间隙泄漏量求和得出螺杆间隙泄漏量；本发明的多转子螺杆泵泄露量检测方法，能够根据螺杆泵的间隙对泄漏量进行准确测量，并能够通过测得的结果来准确表征螺杆泵的间隙是否合理，并依此来生产制造螺杆泵，能够大大提升螺杆泵的容积效率及使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及一种螺杆泵检测方法，尤其涉及一种多转子螺杆泵间隙泄漏量检测方法。 

背景技术

螺杆泵作为容积式泵系列中的典型产品，因其具有结构简单、输送介质粘度范围广、液力脉动小等优越的工程适应性而广泛应用于航空、航天、海洋工程以及国民生产基础行业，由于螺杆泵转子的齿面构型的复杂性使得螺杆泵的间隙控制相比其他类型容积式泵具有更大的不确定性和不均匀性，严重影响螺杆泵的容积效率和使用寿命，间隙过大导致泵的内泄漏量增加，容积效率降低；间隙过小则导致运转部件间的摩擦增加，使用寿命降低，因此，如何确定螺杆泵的间隙成为一个亟待解决的技术难题。 

在现有技术中，对于间隙的构成及其影响没有形成系统的理论；目前普遍采用样机试验的方法，对不同间隙条件下泵的性能进行预测，导致研发效率低，而且不同的泵都要制造相关的样机，从而资源浪费严重，而螺杆泵的泄漏量是衡量螺杆泵间隙的关键指标，因此，如何准确获得螺杆泵间隙泄露量来表征螺杆泵间隙成为了技术关键以及技术难题，而目前还没有一种有效的方法对螺杆泵的泄漏量进行准确的检测。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多转子螺杆泵泄露量检测方法，能够根据螺杆泵的间隙对泄漏量进行准确测量，并能够通过测得的结果来准确表 征螺杆泵的间隙是否合理，并依此来指导生产制造螺杆泵，能够大大提升螺杆泵的容积效率及使用寿命。 

本发明提供的一种多转子螺杆泵泄露量检测方法，包括如下步骤： 

S1.根据螺杆泵确定泄露间隙，其中，泄露间隙包括螺杆套泄露间隙和螺杆法向泄露间隙； 

S2.获取与螺杆套泄露间隙和法向泄露间隙的相关参数； 

S3.建立螺杆套间隙泄漏量和螺杆法向间隙泄漏量的计算模型； 

S4.将螺杆套泄露间隙相关参数和法向泄露间隙相关参数分别代入螺杆套间隙泄露量计算模型和螺杆法向间隙泄露量计算模型中，并将螺杆套间隙泄漏量和螺杆法向间隙泄漏量求和得出螺杆间隙泄漏量。 

进一步，步骤S3中，螺杆套间隙泄露量的计算模型为： 

$q_w=\frac{R_M{{\delta }_1}^3}{12\mathrm{\mu S}}(p_1-p_2)+\mathrm{\pi n}{R}_M^2{\delta }_1\tan \lambda$

其中,R_M为螺杆泵转子顶圆半径的平均值，δ₁为螺杆泵的螺杆套的泄露间隙，P₁-P₂为螺杆泵的进液端和出液端的压力差，n为螺杆泵的转子的转速，S为螺杆泵中主动螺杆的导程。 

进一步，步骤S3中，螺杆法向间隙泄漏量的计算模型为： 

$q_n=(l_c+l_t){\delta }_3{u}_2=(l_c+l_t){\delta }_3\sqrt{\frac{p_1-p_2+\frac{1}{2}\rho u_1^2}{\frac{1}{2}\rho (1+K)}}$

其中，lc为螺杆泵转子接触线的长度，lt为螺杆法向泄露间隙的径向周长，ρ为液体的密度，δ₃为螺杆法向泄露间隙，P₁-P₂为螺杆泵的进液端和出液端的压力差，u₁为进液端的平均流速，u₂为出液端的平均流速，其中K为由螺杆泵的局部损失因数。 

进一步，步骤S2中，螺杆套泄露间隙的相关系数包括螺杆泵转子顶圆半径的平均值R_M，螺杆泵的螺杆套的泄露间隙δ₁，螺杆泵的进液端和出液端的压力差P₁-P₂，螺杆泵的转子的转速n，螺杆泵中主动螺杆的导程S； 

螺杆法向泄露间隙的相关参数包括螺杆泵转子接触线的长度lc，螺杆法向泄露间隙的径向周长lt，液体的密度ρ，螺杆法向泄露间隙δ₃，螺杆泵的进液端和出液端的压力差P₁-P₂，进液端的平均流速u₁，出液端的平均流速u₂。 

进一步，步骤S1中，螺杆套泄露间隙为螺杆转子齿顶与泵腔桶壁之间形成的桶壁间隙，螺杆法向间隙为转子啮合区转子的吃面之间沿接触线均匀分布的间隙，并将该间隙投影到转子的轴截面形成法向间隙泄漏量计算面。 

进一步，所述螺杆法向间隙的轴截面投影为类梯形曲边四边形。 

本发明的有益效果：本发明的多转子螺杆泵泄露量检测方法，能够根据螺杆泵的间隙对泄漏量进行准确测量，并能够通过测得的结果来准确表征螺杆泵的间隙是否合理，并依此来指导螺杆泵在制作过程中对间隙的加工进行准确的量化，能够大大提升螺杆泵后续成品的容积效率及使用寿命，进而提高螺杆泵的整体性能，而且效率高，有效避免资源的浪费。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述： 

图1为本发明的流程图。 

图2为本发明的螺杆泵间隙示意图。 

图3为本发明螺杆法向间隙的轴截面的示意图。 

图4为本发明的检测机构原理示意图。 

图5为本发明的理论测量值与实际测量值的误差示意图。 

图6为本发明中的螺杆泵的螺杆套的进口结构示意图。 

具体实施方式

图1为本发明的流程图，图2为本发明的螺杆泵间隙示意图，图3为本发 明螺杆法向间隙的轴截面的示意图，图4为本发明的检测机构原理示意图，图5为本发明的理论测量值与实际测量值的误差示意图，如图所示，本实施例以双转子的螺杆泵为例进行说明。 

本发明提供的一种多转子螺杆泵泄露量检测方法，包括如下步骤： 

S1.根据螺杆泵确定泄露间隙，其中，泄露间隙包括螺杆套泄露间隙和螺杆法向泄露间隙； 

S2.获取与螺杆套泄露间隙和法向泄露间隙的相关参数； 

S3.建立螺杆套间隙泄漏量和螺杆法向间隙泄漏量的计算模型； 

S4.将螺杆套泄露间隙相关参数和法向泄露间隙相关参数分别代入螺杆套间隙泄露量计算模型和螺杆法向间隙泄露量计算模型中，并将螺杆套间隙泄漏量和螺杆法向间隙泄漏量求和得出螺杆间隙泄漏量；本发明的多转子螺杆泵泄露量检测方法，能够根据螺杆泵的间隙对泄漏量进行准确测量，并能够通过测得的结果来准确表征螺杆泵的间隙是否合理，并依此来生产制造螺杆泵，能够大大提升螺杆泵的容积效率及使用寿命。 

本实施例中，步骤S3中，螺杆套间隙泄露量的计算模型为： 

$q_w=\frac{R_M{{\delta }_1}^3}{12\mathrm{\mu S}}(p_1-p_2)+\mathrm{\pi n}{R}_M^2{\delta }_1\tan \lambda$

其中,R_M为螺杆泵转子顶圆半径的平均值，δ₁为螺杆泵的螺杆套的泄露间隙，P₁-P₂为螺杆泵的进液端和出液端的压力差，n为螺杆泵的转子的转速，S为螺杆泵中主动螺杆的导程。 

本实施例中，步骤S3中，螺杆法向间隙泄漏量的计算模型为： 

$q_n=(l_c+l_t){\delta }_3{u}_2=(l_c+l_t){\delta }_3\sqrt{\frac{p_1-p_2+\frac{1}{2}\rho u_1^2}{\frac{1}{2}\rho (1+K)}}$

其中，lc为螺杆泵转子接触线的长度，lt为螺杆法向泄露间隙的径向周长，ρ为液体的密度，δ₃为螺杆法向泄露间隙，P₁-P₂为螺杆泵的进液端和出液端的压力差，u₁为进液端的平均流速，u₂为出液端的平均流速，其中K为由螺杆泵的局部损失因数，损失因数为螺杆泵的螺杆套的进口的倒角与螺杆套的内径的比值(即r/D，r为倒角半径，D为螺杆套内径)来确定，其对照表如下： 

在实际测量与计算中，本实施例取该损失因数为0.04。 

本实施例中，步骤S2中，螺杆套泄露间隙的相关系数包括螺杆泵转子顶圆半径的平均值R_M，螺杆泵的螺杆套的泄露间隙δ₁，螺杆泵的进液端和出液端的压力差P₁-P2，螺杆泵的转子的转速n，螺杆泵中主动螺杆的导程S，其中主动转子和从动转子的平均值Rm、δ₁、导程S均可以通过直接测量获得，压力差通过压力传感器测量，转送n通过转速传感器测量； 

所述螺杆法向间隙的轴截面投影为类梯形曲边四边形；螺杆法向泄露间隙的相关参数包括螺杆泵转子接触线的长度lc，螺杆法向泄露间隙的径向周长lt，螺杆法向泄露间隙的径向周长lt，其中，螺杆法向泄露间隙的径向周长lt为螺杆法向泄露间隙投影到转子的轴截面所形成的曲边四边形的周长。所述螺杆法向间隙的投影为类梯形曲边四边形，螺杆套的内侧壁形成底边，主动转子和从动转子的齿顶接触点之间的连线构成顶边，且该顶边的长为δ₃，主动转子的齿面和从动转子的齿面投影构成四边形的两腰边，那么螺杆法向间隙的径向周长lt为该四边形的周长，对于液体的密度ρ，螺杆法向泄露间隙δ₃，螺杆泵的进液端和出液端的压力差P1-P2，进液端的平均流速u1，出液端的平均流速u2，所述接触线为主动转子和从动转子的齿面相接形成的曲线，接触线长度 可以通过测量获得，液体的密度可以通过密度计测量，液体的流速可以通过流速传感器获得。 

本实施例中，步骤S1中，螺杆套泄露间隙为螺杆转子齿顶与泵腔桶壁之间形成的桶壁间隙，螺杆法向间隙为转子啮合区转子的吃面之间沿接触线均匀分布的间隙，并将该间隙投影到转子的轴截面形成法向间隙泄漏量计算面，如图2所示，螺杆套泄露间隙为δ₁，即转子的齿顶与螺杆套内侧壁的之间的距离，螺杆法向间隙大小为δ₃，螺杆法向间隙的轴截面投影的图形如图3所示。 

本实施例中，如图4所示，在试验中检测螺杆间隙的部分相关参数的模型，图中，设备1和设备5均为流速传感器，设备3和设备2均为压力传感器，设备4为螺杆泵，设备7为驱动螺杆泵转动的电机，设备6为转速传感器，设备8为油槽，设备9为滤清器，通过本检测机构来监测螺杆泵在输送以油或者其他液态介质的与间隙泄漏量相关的参数，当然，整个机构中还包括其他设备，比如冷却器等，图4中介质的流动顺序为经设备9进入螺杆泵，然后循环回到油槽中。 

本实施例中，如图5所示，图中为通过本发明的检测方法与实际测量的误差对比，在实际检测中，主动转子的节圆半径为42、根源半径为35，顶圆半径为70，从动转子的节圆半径为63、根源半径为35，顶圆半径为70，主动转子和从动转子的中心距为105，螺距为61，接触线长度为155，螺杆法向间隙的轴截面的投影周长为7.5,上述中的各参数的单位均为毫米，并且通过图4中的测量机构对其他计算参数进行测量后，将所有的参数代入到泄漏量的计算模型中，从而得出螺杆泵的总的泄漏量，而通过样机试验得出的螺杆泵泄漏量分为两种情况，一种为压差变化，而转速不便，另一种为转速变化，压差变化，通过本发明的检测方法与样机试验的结果对比如图，无论是压差变化还是转速变化，通过本方法检测的结果与样机的误差均不超过6％，因此，本发明所提供的方法是可靠并且合理的。 

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。