CN101892982B - 单螺杆金属螺杆泵定子及其内螺旋面加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种单螺杆金属螺杆泵定子及其内螺旋面加工方法，所述定子由两个横截面呈半圆形的螺旋体对应旋合并粘接构成，两螺旋体对应的旋合面为螺旋面；在各螺旋体上位于螺旋面的中心线位置且沿着该中心线延伸设有一条半圆底的凹槽，该凹槽的横截面由矩形和圆滑连接在该矩形下部的半圆形构成，两个螺旋体的凹槽对应旋合构成定子的内螺旋面，在两个螺旋体的外壁对应设有连接部。本发明的金属螺杆泵定子，是由两个螺旋体对应旋合并粘接构成，可以采用开放式的加工方法先在各个螺旋体上加工出所述凹槽，然后再将两个螺旋体对应旋合并粘接为一体；由于所述凹槽是采用开放式的方式进行加工的，因此可便于凹槽的切削加工，并可提高加工精度和加工效率。

Description

单螺杆金属螺杆泵定子及其内螺旋面加工方法

技术领域

本发明是关于单螺杆金属螺杆泵，尤其涉及一种单螺杆金属螺杆泵定子及其内螺旋面加工方法。

背景技术

螺杆泵是石油、化工、造纸等行业应用于输送粘稠液体或带颗粒的液体普遍采用的装置，定子则是这种装置的主要部件之一。如图8A、图8B所示，为一单螺杆泵定子9的结构示意图，所述螺杆泵定子9的内螺旋面91的横断面轮廓是两个半径为R(等于螺杆转子断面半径)的半圆和两个长度为4e(e为转子断面中心与定子中心线的偏心距)的直线段组成的长圆形。定子的双线内螺旋面91就是由上述横断面绕定子的轴线O-O以角速度W旋转的同时，按一定的线速度沿轴线方向运动所形成的。以角速度W完成旋转一周所通过的轴向距离称为一个导程。

目前，国内外所使用的螺杆泵定子主要是橡胶浇铸成型，这种定子在输送含有机物的液体，特别是在开采含H₂S、SO₂等稠油时很容易产生溶胀现象，使螺杆泵失效。针对这种情况，金属螺杆泵定子在油田现场应用日渐增多；但是，金属螺杆泵定子的加工却有着相当大的难度。国内目前对于金属螺杆泵定子的加工方法主要是用改装的车床来镗削内孔。由于镗削的内孔精度低，镗削时容易出现锥度，因此，螺杆泵内表面粗糙度不能达到要求。而且，由于镗刀刀杆较长，刚度较差，一般只能加工400毫米左右的定子，即使采用分段组合定子的方法，也不能保证内螺旋曲面的严格规则，这严重影响到了金属螺杆泵的工作效率。同时，这种加工方法也不适合于批量生产。

有鉴于此，本发明人凭借多年的相关设计和制造经验，提出一种单螺杆金属螺杆泵定子及其内螺旋面加工方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单螺杆金属螺杆泵定子及其内螺旋面加工方法，该发明便于金属螺杆泵定子内螺旋面的切削加工，可大大提高加工精度和加工效率。

本发明的目的是这样实现的，一种单螺杆金属螺杆泵定子，所述定子由两个横截面呈半圆形的螺旋体对应旋合并粘接构成，两螺旋体对应的旋合面为螺旋面；在各螺旋体上位于螺旋面的中心线位置且沿着该中心线延伸设有一条半圆底的凹槽，所述凹槽的横截面由矩形和圆滑连接在该矩形下部的半圆形构成，两个螺旋体的凹槽对应旋合构成所述定子的内螺旋面，在两个螺旋体的外壁对应设有连接部。

在本发明的一较佳实施方式中，所述两螺旋体对应的旋合面上涂设有黏合剂。

在本发明的一较佳实施方式中，所述连接部间隔设有多个。

在本发明的一较佳实施方式中，所述连接部为在两螺旋体外壁上切削形成的连接平台，所述两螺旋体外壁上的连接平台对应设有螺栓孔，由螺栓穿设所述螺栓孔将两螺旋体紧固。

本发明的目的还可以这样实现的，一种单螺杆金属螺杆泵定子的内螺旋面加工方法，该方法包括以下步骤：

(1)提供一制作定子的圆形棒料；

(2)由线切割设备沿着棒料轴线方向将该棒料剖切为两个横截面呈半圆形的螺旋体，所述两个螺旋体的剖切面为螺旋面；

(3)由成型铣刀分别在两个螺旋体剖切面的中心线位置且沿着该中心线延伸铣削一条半圆底的凹槽，所述凹槽的横截面由矩形和圆滑连接在该矩形下部的半圆形构成；

(4)在两个螺旋体的剖切面上涂设黏合剂，并将两个螺旋体对应旋合粘接为一体，由此将所述两个螺旋体的凹槽对应旋合，以构成所述定子的内螺旋面；

(5)在两螺旋体外壁上切削形成多对相对的连接平台，在所述每对相对的连接平台上对应加工螺栓孔，由螺栓穿设所述螺栓孔以将两螺旋体紧固。

在本发明的一较佳实施方式中，在上述步骤(2)中，圆形棒料水平设置，将线切割设备的电极丝经过棒料一端圆心位置，然后使棒料在围绕其轴线转动的同时，朝电极丝作相对水平移动，由此将该棒料剖切为两个横截面呈半圆形的螺旋体。

在本发明的一较佳实施方式中，所述棒料一端可滑动地套设在一管状工装中，棒料另一端夹设在一夹紧装置上，该夹紧装置与一伺服电机连接，以由伺服电机带动棒料围绕其轴线转动；该伺服电机设置在一工作台上，该工作台能相对其底座移动，由此带动棒料水平移动。

在本发明的一较佳实施方式中，在上述步骤(3)中，先用棒铣刀加工所述凹槽中的矩形段部分；之后再用球形铣刀加工所述凹槽中的半圆形段部分。

在本发明的一较佳实施方式中，上述步骤(5)中所述的，在两螺旋体外壁上切削形成多对相对的连接平台，在所述两个相对的连接平台上对应加工螺栓孔的加工过程，可在步骤(3)之后进行。

在本发明的一较佳实施方式中，所述棒料剖切和凹槽铣削采用数控设备进行加工。

由上所述，本发明克服了现有技术的缺陷，充分发挥了数控机床适合加工曲面的优点，很好的满足了生产需要，大大提高了金属螺杆泵定子内螺旋面切削加工的加工精度和加工效率。其优点如下：

1.可以精确加工4～5米长的细长杆件，能够保证整根螺杆泵定子一次加工成型。

2.采用球型铣刀对内螺旋曲面进行准确加工，简单实用。

3.球型铣刀摆动头可在一定范围内进行调节，从而使得在不同的摆角工况下不同部位的切削刃参与工作，提高了球型铣刀的使用寿命。

4.螺旋形的切割方法，使得切开后的坯料在每一截面都为固定的形状，易于使用成型铣刀进行开放式的一次加工。

5.螺旋形的切割方法，使得在加工完成组装成型后，螺杆泵工作时螺旋形切割面之间有相互的约束，不会导致相结合的螺旋面断开。

6.采用数控加工技术，提高了加工的精度，同时也大大提高了工作效率，也增强了操作的安全性。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1：为本发明金属螺杆泵定子的结构示意图。

图2：为本发明中横截面呈半圆形的螺旋体的结构示意图。

图3：为图2中螺旋体的横截面结构示意图。

图4：为两个螺旋体旋合结合后由螺栓紧固的结构示意图。

图5：为本发明中将棒料剖切为两个横截面呈半圆形螺旋体的示意图。

图6：为本发明中用棒铣刀加工凹槽的示意图。

图7：为本发明中用球型铣刀加工凹槽的示意图。

图8A：为现有技术中单螺杆泵定子的结构示意图。

图8B：为图8A中的横截面结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2所示，本发明提供一种单螺杆金属螺杆泵定子100，所述定子100由两个横截面呈半圆形的螺旋体1对应旋合并粘接构成，两螺旋体1对应的旋合面11为螺旋面；在各螺旋体1上位于旋合面(螺旋面)11的中心线位置且沿着该中心线延伸设有一条半圆底的凹槽12，所述凹槽12的横截面(如图3所示)由矩形121和圆滑连接在该矩形下部的半圆形122构成，两个螺旋体1的凹槽12对应旋合构成所述定子100的内螺旋面，在两个螺旋体1的外壁对应设有连接部13(如图4所示)；在本实施方式中，所述连接部13可间隔设有多个。所述连接部13可为在两螺旋体1外壁上切削形成的连接平台，所述两个相对的连接平台对应设有螺栓孔，由螺栓14穿设所述螺栓孔将两螺旋体1紧密固定。

在本实施方式中，所述两螺旋体1对应的旋合面11上涂设有黏合剂，所述黏合剂除具有粘接作用之外，还可起到密封作用。

本发明的金属螺杆泵定子100，是由两个螺旋体1对应旋合并粘接构成，可以采用开放式的加工方法先在各个螺旋体上加工出所述凹槽12，然后再将两个螺旋体1对应旋合并粘接为一体，使所述两个螺旋体的凹槽12对应旋合构成所述定子的内螺旋面；由于所述凹槽是采用开放式的方式进行加工的，因此可便于凹槽的切削加工，并可大大提高加工精度和加工效率。

所述螺杆泵定子为细长型薄壁件，轴向长度可达4～5米。通过分析螺杆泵定子内螺旋面的横截面可知，如图3所示，如果用一根线去切割螺杆泵定子，这根线的起始位置与A-A重合，并且始终通过螺杆泵定子的轴线O，同样以角速度W沿定子轴心旋转，同时也以一定的线速度沿轴线方向运动；那么切割后的形状将会是在任意一个横截面均为半圆，并得到旋转延伸的螺杆泵定子的一半。这样所需加工的内螺旋面的每一个断面将会始终保持如图3所示的几何形状，由此，只需使用一把成型铣刀，在图3所示的断面切出凹槽既可，这样可以保证连续完成每一个断面的切削工作，即可形成螺杆泵定子的内螺旋曲面的一半。分别完成两部分坯料的加工后，将两部分坯料旋入组合，即可形成完整的螺杆泵定子内螺旋曲面。

根据上述的研究分析，本发明人提出一种单螺杆金属螺杆泵定子的内螺旋面加工方法；如图5～图7所示，该方法包括以下步骤：

步骤一：提供一制作定子的圆形棒料；

步骤二：由线切割设备沿着棒料轴线方向将该棒料剖切为两个横截面呈半圆形的螺旋体1，所述两个螺旋体1的剖切面为螺旋面；

在本实施方式中，如图5所示，圆形棒料水平设置，所述棒料一端可滑动地套设在一管状工装4中，棒料另一端夹设在一夹紧装置5上；将线切割设备的电极丝2经过棒料一端圆心位置，然后使棒料在围绕其轴线转动的同时，朝电极丝2作相对水平移动，由此将该棒料剖切为两个横截面呈半圆形的螺旋体1。在本实施方式中，所述夹紧装置5与一伺服电机6连接，以由伺服电机6带动棒料围绕其轴线转动；该伺服电机6设置在一工作台7上，该工作台7能相对其底座8移动，由此带动棒料水平移动。

在本实施方式中，所述棒料转动和移动过程，应满足如下运动公式：

S＝P·(θ/2π)

其中：S：为棒料水平移动的位移；

      P：为导程；

      θ：为棒料围绕其轴线转动的角位移；

步骤三：如图6、图7所示，由成型铣刀3分别在两个螺旋体1剖切面的中心线位置且沿着该中心线延伸铣削一条半圆底的凹槽12，所述凹槽12的横截面由矩形121和圆滑连接在该矩形下部的半圆形122构成；

在该步骤中，先用棒铣刀31加工所述凹槽12中的矩形段121部分；之后再用球形铣刀32加工所述凹槽12中的半圆形段122部分。

步骤四：在两个螺旋体1的剖切面上涂设黏合剂，并将两个螺旋体对应旋合粘接为一体，由此将所述两个螺旋体的凹槽12对应旋合，以构成所述定子的内螺旋面；

步骤五：在两螺旋体外壁上切削形成多对相对的连接平台13，在所述两个相对的连接平台13上对应加工螺栓孔，由螺栓14穿设所述螺栓孔以将两螺旋体1紧固。

该步骤中所述的，“在两螺旋体外壁上切削形成多对相对的连接平台，在所述两个相对的连接平台上对应加工螺栓孔”的加工过程，也可在步骤三之后进行。

在本实施方式中，所述棒料剖切和凹槽铣削可采用数控机床进行加工。

具体数控加工过程如下：

一、将棒料剖切成坯料：

如图5所示，首先移动工作台7使得工装4与夹紧装置5之间有足够的空间；将棒料装入工装4内，沿棒料的轴线方向移动工作台7，将棒料的另一端装入夹紧装置5内，并锁紧。

在棒料上涂抹润滑油，降低棒料与工装41和工装4之间的摩擦；开动数控线切割机床，使得电极丝2正常运转；运行已经编制好的程序，保证伺服电机6的旋转与工作台7沿棒料轴线方向的水平移动按照预先编制好的函数关系进行动作；切割完成的棒料进入工装41内。

工作台7运行到指定位置时，停止伺服电机6的转动，同时停止工作台7在底座8上的移动；操纵数控线切割机床，使得工作台7沿棒料径向做水平方向运动；这样就将已经切割完成的棒料从没有进行切割的棒料中切下来。

二、采用棒铣刀粗铣坯料：

如图6所示，棒铣刀31的主要作用是加工定子内轮廓长度为2e的直线段部分(即：凹槽12横截面中的矩形121部分)；对剖切完成的棒料进行旋转分离，成为两半定子坯料(即：两个横截面呈半圆形的螺旋体1)；同样移动工作台7使得工装4与夹紧装置5之间有足够的空间；将坯料的一端装入工装4内，移动工作台7，将坯料的另一端装入夹紧装置5内，并锁紧。

在坯料外圆面上涂抹润滑油，降低坯料与工装41和工装4之间的摩擦；开动数控铣床，使得棒铣刀31正常运转；运行已经编制好的程序，保证伺服电机6的旋转与工作台7沿底座8导轨方向的水平移动按照预先编制好的函数关系进行动作。

铣削完成的坯料进入工装41内；工作台7运行到指定位置时，停止伺服电机6的转动，同时停止工作台7沿坯料水平轴线方向的移动；将坯料取下；以同样方法完成另一半坯料的加工。

加工过程中，考虑到由数控线切割剖切棒料之后，由于切口具有一定宽度，导致坯料并不是严格意义上的半圆，因此，加工凹槽时应考虑到这个因素，适当增大棒铣刀的切削深度。

三、采用球型铣刀完成铣削加工：

如图7所示，球型铣刀32的主要作用是加工定子内轮廓半径为R的圆弧部分(即：凹槽12横截面中的半圆形122部分)；同样移动工作台7使得工装4与夹紧装置5之间有足够的空间；将已粗加工完成的坯料一端装入工装4内，另一端装入夹紧装置5内，并锁紧。

在坯料外圆面上涂抹润滑油，降低坯料与工装41和工装4之间的摩擦；开动数控铣床，使得球型铣刀32正常运转；运行已经编制好的程序，保证伺服电机6的旋转与工作台7沿坯料轴线方向的水平移动按照预先编制好的函数关系进行动作。

铣削完成的坯料进入工装41内；工作台7运行到指定位置时，停止伺服电机6的转动，同时停止工作台7沿坯料水平轴线方向的移动；将坯料取下；以同样方法完成另一半坯料的加工。

四、旋合拧紧：

如图4所示，完成两部分坯料的加工之后，在旋合面上涂抹黏合剂，旋入粘合，再加工出连接部和螺栓孔，用螺栓紧固。

所述连接部的具体加工个数，根据螺杆泵定子的长度而定；在进行螺栓孔打孔的过程中，同样可以使用数控车床来实现，只是改装不同的装卡工具既可；切除没有铣削出螺旋槽的部分，这样就完成了整根螺杆泵定子的加工。

由上所述，本发明克服了现有技术的缺陷，充分发挥了数控机床适合加工曲面的优点，很好的满足了生产需要，大大提高了金属螺杆泵定子内螺旋面切削加工的加工精度和加工效率。其优点如下：

1.可以精确加工4～5米长的细长杆件，能够保证整根螺杆泵定子一次加工成型。

2.采用球型铣刀对内螺旋曲面进行准确加工，简单实用。

3.球型铣刀摆动头可在一定范围内进行调节，从而使得在不同的摆角工况下不同部位的切削刃参与工作，提高了球型铣刀的使用寿命。

4.螺旋形的切割方法，使得切开后的坯料在每一截面都为固定的形状，易于使用成型铣刀进行开放式的一次加工。

5.螺旋形的切割方法，使得在加工完成组装成型后，螺杆泵工作时螺旋形切割面之间有相互的约束，不会导致相结合的螺旋面断开。

6.采用数控加工技术，提高了加工的精度，同时也大大提高了工作效率，也增强了操作的安全性。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种单螺杆金属螺杆泵定子，其特征在于：所述定子由两个横截面呈半圆形的螺旋体对应旋合并粘接构成，两螺旋体对应的旋合面为螺旋面；在各螺旋体上位于螺旋面的中心线位置且沿着该中心线延伸设有一条半圆底的凹槽，所述凹槽的横截面由矩形和圆滑连接在该矩形下部的半圆形构成，两个螺旋体的凹槽对应旋合构成所述定子的内螺旋面，在两个螺旋体的外壁对应设有连接部。

2.如权利要求1所述的单螺杆金属螺杆泵定子，其特征在于：所述两螺旋体对应的旋合面上涂设有黏合剂。

3.如权利要求1所述的单螺杆金属螺杆泵定子，其特征在于：所述连接部间隔设有多个。

4.如权利要求1或3所述的单螺杆金属螺杆泵定子，其特征在于：所述连接部为在两螺旋体外壁上切削形成的连接平台，所述两螺旋体外壁上的连接平台对应设有螺栓孔，由螺栓穿设所述螺栓孔将两螺旋体紧固。

5.一种单螺杆金属螺杆泵定子的内螺旋面加工方法，该方法包括以下步骤：

(1)提供一制作定子的圆形棒料；

(2)由线切割设备沿着棒料轴线方向将该棒料剖切为两个横截面呈半圆形的螺旋体，所述两个螺旋体的剖切面为螺旋面；

(3)由成型铣刀分别在两个螺旋体剖切面的中心线位置且沿着该中心线延伸铣削一条半圆底的凹槽，所述凹槽的横截面由矩形和圆滑连接在该矩形下部的半圆形构成；

(4)在两个螺旋体的剖切面上涂设黏合剂，并将两个螺旋体对应旋合粘接为一体，由此将所述两个螺旋体的凹槽对应旋合，以构成所述定子的内螺旋面；

(5)在两螺旋体外壁上切削形成多对相对的连接平台，在所述每对相对的连接平台上对应加工螺栓孔，由螺栓穿设所述螺栓孔以将两螺旋体紧固。

6.如权利要求5所述的单螺杆金属螺杆泵定子的内螺旋面加工方法，其特征在于：在上述步骤(2)中，圆形棒料水平设置，将线切割设备的电极丝经过棒料一端圆心位置，然后使棒料在围绕其轴线转动的同时，朝电极丝作相对水平移动，由此将该棒料剖切为两个横截面呈半圆形的螺旋体。

7.如权利要求6所述的单螺杆金属螺杆泵定子的内螺旋面加工方法，其特征在于：所述棒料一端可滑动地套设在一管状工装中，棒料另一端夹设在一夹紧装置上，该夹紧装置与一伺服电机连接，以由伺服电机带动棒料围绕其轴线转动；该伺服电机设置在一工作台上，该工作台能相对其底座移动，由此带动棒料水平移动。

8.如权利要求5所述的单螺杆金属螺杆泵定子的内螺旋面加工方法，其特征在于：在上述步骤(3)中，先用棒铣刀加工所述凹槽中的矩形段部分；之后再用球形铣刀加工所述凹槽中的半圆形段部分。

9.如权利要求5所述的单螺杆金属螺杆泵定子的内螺旋面加工方法，其特征在于：上述步骤(5)中所述的，在两螺旋体外壁上切削形成多对相对的连接平台，在所述两个相对的连接平台上对应加工螺栓孔的加工过程，可在步骤(3)之后进行。

10.如权利要求5所述的单螺杆金属螺杆泵定子的内螺旋面加工方法，其特征在于：所述棒料剖切和凹槽铣削采用数控设备进行加工。

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