單螺杆金屬螺杆泵定子及其內螺旋面加工方法
2023-05-21 03:40:21
專利名稱：單螺杆金屬螺杆泵定子及其內螺旋面加工方法
技術領域：
本發明是關於單螺杆金屬螺杆泵，尤其涉及一種單螺杆金屬螺杆泵定子及其內螺 旋面加工方法。
背景技術：
螺杆泵是石油、化工、造紙等行業應用於輸送粘稠液體或帶顆粒的液體普遍採用 的裝置，定子則是這種裝置的主要部件之一。如圖8A、圖8B所示，為一單螺杆泵定子9的結 構示意圖，所述螺杆泵定子9的內螺旋面91的橫斷面輪廓是兩個半徑為R(等於螺杆轉子 斷面半徑)的半圓和兩個長度為4e(e為轉子斷面中心與定子中心線的偏心距)的直線段 組成的長圓形。定子的雙線內螺旋面91就是由上述橫斷面繞定子的軸線0-0以角速度W 旋轉的同時，按一定的線速度沿軸線方向運動所形成的。以角速度W完成旋轉一周所通過 的軸向距離稱為一個導程。目前，國內外所使用的螺杆泵定子主要是橡膠澆鑄成型，這種定子在輸送含有機 物的液體，特別是在開採含H2S、SO2等稠油時很容易產生溶脹現象，使螺杆泵失效。針對這 種情況，金屬螺杆泵定子在油田現場應用日漸增多；但是，金屬螺杆泵定子的加工卻有著相 當大的難度。國內目前對於金屬螺杆泵定子的加工方法主要是用改裝的車床來鏜削內孔。 由於鏜削的內孔精度低，鏜削時容易出現錐度，因此，螺杆泵內表面粗糙度不能達到要求。 而且，由於鏜刀刀杆較長，剛度較差，一般只能加工400毫米左右的定子，即使採用分段組 合定子的方法，也不能保證內螺旋曲面的嚴格規則，這嚴重影響到了金屬螺杆泵的工作效 率。同時，這種加工方法也不適合於批量生產。有鑑於此，本發明人憑藉多年的相關設計和製造經驗，提出一種單螺杆金屬螺杆 泵定子及其內螺旋面加工方法，以克服現有技術的缺陷。
發明內容
本發明的目的在於提供一種單螺杆金屬螺杆泵定子及其內螺旋面加工方法，該發 明便於金屬螺杆泵定子內螺旋面的切削加工，可大大提高加工精度和加工效率。本發明的目的是這樣實現的，一種單螺杆金屬螺杆泵定子，所述定子由兩個橫截 面呈半圓形的螺旋體對應旋合併粘接構成，兩螺旋體對應的旋合面為螺旋面；在各螺旋體 上位於螺旋面的中心線位置且沿著該中心線延伸設有一條半圓底的凹槽，所述凹槽的橫截 面由矩形和圓滑連接在該矩形下部的半圓形構成，兩個螺旋體的凹槽對應旋合構成所述定 子的內螺旋面，在兩個螺旋體的外壁對應設有連接部。在本發明的一較佳實施方式中，所述兩螺旋體對應的旋合面上塗設有黏合劑。在本發明的一較佳實施方式中，所述連接部間隔設有多個。在本發明的一較佳實施方式中，所述連接部為在兩螺旋體外壁上切削形成的連接 平臺，所述兩個相對的連接平臺對應設有螺栓孔，由螺栓穿設所述螺栓孔將兩螺旋體緊固。本發明的目的還可以這樣實現的，一種單螺杆金屬螺杆泵定子的內螺旋面加工方法，該方法包括以下步驟(1)提供一製作定子的圓形棒料；(2)由線切割設備沿著棒料軸線方向將該棒料剖切為兩個橫截面呈半圓形的螺旋 體，所述兩個螺旋體的剖切面為螺旋面；(3)由成型銑刀分別在兩個螺旋體剖切面的中心線位置且沿著該中心線延伸銑削 一條半圓底的凹槽，所述凹槽的橫截面由矩形和圓滑連接在該矩形下部的半圓形構成；(4)在兩個螺旋體的剖切面上塗設黏合劑，並將兩個螺旋體對應旋合粘接為一體， 由此將所述兩個螺旋體的凹槽對應旋合，以構成所述定子的內螺旋面；(5)在兩螺旋體外壁上切削形成多對相對的連接平臺，在所述兩個相對的連接平 臺上對應加工螺栓孔，由螺栓穿設所述螺栓孔以將兩螺旋體緊固。在本發明的一較佳實施方式中，在上述步驟(2)中，圓形棒料水平設置，將線切割 設備的電極絲經過棒料一端圓心位置，然後使棒料在圍繞其軸線轉動的同時，朝電極絲作 相對水平移動，由此將該棒料剖切為兩個橫截面呈半圓形的螺旋體。在本發明的一較佳實施方式中，所述棒料一端可滑動地套設在一管狀工裝中，棒 料另一端夾設在一夾緊裝置上，該夾緊裝置與一伺服電機連接，以由伺服電機帶動棒料圍 繞其軸線轉動；該伺服電機設置在一工作檯上，該工作檯能相對其底座移動，由此帶動棒料 水平移動。在本發明的一較佳實施方式中，在上述步驟(3)中，先用棒銑刀加工所述凹槽中 的矩形段部分；之後再用球形銑刀加工所述凹槽中的半圓形段部分。在本發明的一較佳實施方式中，上述步驟(5)中所述的，在兩螺旋體外壁上切削 形成多對相對的連接平臺，在所述兩個相對的連接平臺上對應加工螺栓孔的加工過程，可 在步驟(3)之後進行。在本發明的一較佳實施方式中，所述棒料剖切和凹槽銑削採用數控設備進行加工。由上所述，本發明克服了現有技術的缺陷，充分發揮了數控工具機適合加工曲面的 優點，很好的滿足了生產需要，大大提高了金屬螺杆泵定子內螺旋面切削加工的加工精度 和加工效率。其優點如下1.可以精確加工4 5米長的細長杆件，能夠保證整根螺杆泵定子一次加工成型。2.採用球型銑刀對內螺旋曲面進行準確加工，簡單實用。3.球型銑刀擺動頭可在一定範圍內進行調節，從而使得在不同的擺角工況下不同 部位的切削刃參與工作，提高了球型銑刀的使用壽命。4.螺旋形的切割方法，使得切開後的坯料在每一截面都為固定的形狀，易於使用 成型銑刀進行開放式的一次加工。5.螺旋形的切割方法，使得在加工完成組裝成型後，螺杆泵工作時螺旋形切割面 之間有相互的約束，不會導致相結合的螺旋面斷開。6.採用數控加工技術，提高了加工的精度，同時也大大提高了工作效率，也增強了 操作的安全性。
以下附圖僅旨在於對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中，
圖1 為本發明金屬螺杆泵定子的結構示意圖。圖2 為本發明中橫截面呈半圓形的螺旋體的結構示意圖。圖3 為圖2中螺旋體的橫截面結構示意圖。圖4 為兩個螺旋體旋合結合後由螺栓緊固的結構示意圖。圖5 為本發明中將棒料剖切為兩個橫截面呈半圓形螺旋體的示意圖。圖6 為本發明中用棒銑刀加工凹槽的示意圖。圖7 為本發明中用球型銑刀加工凹槽的示意圖。圖8A 為現有技術中單螺杆泵定子的結構示意圖。圖8B:為圖8A中的橫截面結構示意圖。
具體實施例方式為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照
本發 明的具體實施方式
。如圖1、圖2所示，本發明提供一種單螺杆金屬螺杆泵定子100，所述定子100由兩 個橫截面呈半圓形的螺旋體1對應旋合併粘接構成，兩螺旋體1對應的旋合面11為螺旋 面；在各螺旋體1上位於旋合面(螺旋面)11的中心線位置且沿著該中心線延伸設有一條 半圓底的凹槽12，所述凹槽12的橫截面(如圖3所示)由矩形121和圓滑連接在該矩形 下部的半圓形122構成，兩個螺旋體1的凹槽12對應旋合構成所述定子100的內螺旋面， 在兩個螺旋體1的外壁對應設有連接部13 (如圖4所示)；在本實施方式中，所述連接部13 可間隔設有多個。所述連接部13可為在兩螺旋體1外壁上切削形成的連接平臺，所述兩個 相對的連接平臺對應設有螺栓孔，由螺栓14穿設所述螺栓孔將兩螺旋體1緊密固定。在本實施方式中，所述兩螺旋體1對應的旋合面11上塗設有黏合劑，所述黏合劑 除具有粘接作用之外，還可起到密封作用。本發明的金屬螺杆泵定子100，是由兩個螺旋體1對應旋合併粘接構成，可以採用 開放式的加工方法先在各個螺旋體上加工出所述凹槽12，然後再將兩個螺旋體1對應旋合 並粘接為一體，使所述兩個螺旋體的凹槽12對應旋合構成所述定子的內螺旋面；由於所述 凹槽是採用開放式的方式進行加工的，因此可便於凹槽的切削加工，並可大大提高加工精 度和加工效率。所述螺杆泵定子為細長型薄壁件，軸向長度可達4 5米。通過分析螺杆泵定子內 螺旋面的橫截面可知，如圖3所示，如果用一根線去切割螺杆泵定子，這根線的起始位置與 A-A重合，並且始終通過螺杆泵定子的軸線0，同樣以角速度W沿定子軸心旋轉，同時也以一 定的線速度沿軸線方向運動；那麼切割後的形狀將會是在任意一個橫截面均為半圓，並得 到旋轉延伸的螺杆泵定子的一半。這樣所需加工的內螺旋面的每一個斷面將會始終保持如 圖3所示的幾何形狀，由此，只需使用一把成型銑刀，在圖3所示的斷面切出凹槽既可，這樣 可以保證連續完成每一個斷面的切削工作，即可形成螺杆泵定子的內螺旋曲面的一半。分 別完成兩部分坯料的加工後，將兩部分坯料旋入組合，即可形成完整的螺杆泵定子內螺旋 曲面。根據上述的研究分析，本發明人提出一種單螺杆金屬螺杆泵定子的內螺旋面加工 方法；如圖5 圖7所示，該方法包括以下步驟
步驟一提供一製作定子的圓形棒料；步驟二 由線切割設備沿著棒料軸線方向將該棒料剖切為兩個橫截面呈半圓形的 螺旋體1，所述兩個螺旋體1的剖切面為螺旋面；在本實施方式中，如圖5所示，圓形棒料水平設置，所述棒料一端可滑動地套設在 一管狀工裝4中，棒料另一端夾設在一夾緊裝置5上；將線切割設備的電極絲2經過棒料一 端圓心位置，然後使棒料在圍繞其軸線轉動的同時，朝電極絲2作相對水平移動，由此將該 棒料剖切為兩個橫截面呈半圓形的螺旋體1。在本實施方式中，所述夾緊裝置5與一伺服電 機6連接，以由伺服電機6帶動棒料圍繞其軸線轉動；該伺服電機6設置在一工作檯7上， 該工作檯7能相對其底座8移動，由此帶動棒料水平移動。在本實施方式中，所述棒料轉動和移動過程，應滿足如下運動公式S = P ( 0 /2 31 )其中S 為棒料水平移動的位移；P 為導程；0 :為棒料圍繞其軸線轉動的角位移；步驟三如圖6、圖7所示，由成型銑刀3分別在兩個螺旋體1剖切面的中心線位 置且沿著該中心線延伸銑削一條半圓底的凹槽12，所述凹槽12的橫截面由矩形121和圓滑 連接在該矩形下部的半圓形122構成；在該步驟中，先用棒銑刀31加工所述凹槽12中的矩形段121部分；之後再用球形 銑刀32加工所述凹槽12中的半圓形段122部分。步驟四在兩個螺旋體1的剖切面上塗設黏合劑，並將兩個螺旋體對應旋合粘接 為一體，由此將所述兩個螺旋體的凹槽12對應旋合，以構成所述定子的內螺旋面；步驟五在兩螺旋體外壁上切削形成多對相對的連接平臺13，在所述兩個相對的 連接平臺13上對應加工螺栓孔，由螺栓14穿設所述螺栓孔以將兩螺旋體1緊固。該步驟中所述的，「在兩螺旋體外壁上切削形成多對相對的連接平臺，在所述兩個 相對的連接平臺上對應加工螺栓孔」的加工過程，也可在步驟三之後進行。在本實施方式中，所述棒料剖切和凹槽銑削可採用數控工具機進行加工。具體數控加工過程如下一、將棒料剖切成坯料如圖5所示，首先移動工作檯7使得工裝4與夾緊裝置5之間有足夠的空間；將棒 料裝入工裝4內，沿棒料的軸線方向移動工作檯7，將棒料的另一端裝入夾緊裝置5內，並鎖緊。在棒料上塗抹潤滑油，降低棒料與工裝41和工裝4之間的摩擦；開動數控線切割 工具機，使得電極絲2正常運轉；運行已經編制好的程序，保證伺服電機6的旋轉與工作檯7 沿棒料軸線方向的水平移動按照預先編制好的函數關係進行動作；切割完成的棒料進入工 裝41內。工作檯7運行到指定位置時，停止伺服電機6的轉動，同時停止工作檯7在底座8 上的移動；操縱數控線切割工具機，使得工作檯7沿棒料徑向做水平方向運動；這樣就將已經 切割完成的棒料從沒有進行切割的棒料中切下來。二、採用棒銑刀粗銑坯料
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如圖6所示，棒銑刀31的主要作用是加工定子內輪廓長度為2e的直線段部分 (即凹槽12橫截面中的矩形121部分)；對剖切完成的棒料進行旋轉分離，成為兩半定子 坯料(即兩個橫截面呈半圓形的螺旋體1)；同樣移動工作檯7使得工裝4與夾緊裝置5 之間有足夠的空間；將坯料的一端裝入工裝4內，移動工作檯7，將坯料的另一端裝入夾緊 裝置5內，並鎖緊。在坯料外圓面上塗抹潤滑油，降低坯料與工裝41和工裝4之間的摩擦；開動數控 銑床，使得棒銑刀31正常運轉；運行已經編制好的程序，保證伺服電機6的旋轉與工作檯7 沿底座8導軌方向的水平移動按照預先編制好的函數關係進行動作。銑削完成的坯料進入工裝41內；工作檯7運行到指定位置時，停止伺服電機6的 轉動，同時停止工作檯7沿坯料水平軸線方向的移動；將坯料取下；以同樣方法完成另一半 坯料的加工。加工過程中，考慮到由數控線切割剖切棒料之後，由於切口具有一定寬度，導致坯 料並不是嚴格意義上的半圓，因此，加工凹槽時應考慮到這個因素，適當增大棒銑刀的切削深度。三、採用球型銑刀完成銑削加工如圖7所示，球型銑刀32的主要作用是加工定子內輪廓半徑為R的圓弧部分(即 凹槽12橫截面中的半圓形122部分)；同樣移動工作檯7使得工裝4與夾緊裝置5之間有 足夠的空間；將已粗加工完成的坯料一端裝入工裝4內，另一端裝入夾緊裝置5內，並鎖緊。在坯料外圓面上塗抹潤滑油，降低坯料與工裝41和工裝4之間的摩擦；開動數控 銑床，使得球型銑刀32正常運轉；運行已經編制好的程序，保證伺服電機6的旋轉與工作檯 7沿坯料軸線方向的水平移動按照預先編制好的函數關係進行動作。銑削完成的坯料進入工裝41內；工作檯7運行到指定位置時，停止伺服電機6的 轉動，同時停止工作檯7沿坯料水平軸線方向的移動；將坯料取下；以同樣方法完成另一半 坯料的加工。四、旋合擰緊如圖4所示，完成兩部分坯料的加工之後，在旋合面上塗抹黏合劑，旋入粘合，再 加工出連接部和螺栓孔，用螺栓緊固。所述連接部的具體加工個數，根據螺杆泵定子的長度而定；在進行螺栓孔打孔的 過程中，同樣可以使用數控車床來實現，只是改裝不同的裝卡工具既可；切除沒有銑削出螺 旋槽的部分，這樣就完成了整根螺杆泵定子的加工。由上所述，本發明克服了現有技術的缺陷，充分發揮了數控工具機適合加工曲面的 優點，很好的滿足了生產需要，大大提高了金屬螺杆泵定子內螺旋面切削加工的加工精度 和加工效率。其優點如下1.可以精確加工4 5米長的細長杆件，能夠保證整根螺杆泵定子一次加工成型。2.採用球型銑刀對內螺旋曲面進行準確加工，簡單實用。3.球型銑刀擺動頭可在一定範圍內進行調節，從而使得在不同的擺角工況下不同 部位的切削刃參與工作，提高了球型銑刀的使用壽命。4.螺旋形的切割方法，使得切開後的坯料在每一截面都為固定的形狀，易於使用 成型銑刀進行開放式的一次加工。
5.螺旋形的切割方法，使得在加工完成組裝成型後，螺杆泵工作時螺旋形切割面 之間有相互的約束，不會導致相結合的螺旋面斷開。6.採用數控加工技術，提高了加工的精度，同時也大大提高了工作效率，也增強了 操作的安全性。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，並非用以限定本發明的範圍。任何 本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均 應屬於本發明保護的範圍。
權利要求
一種單螺杆金屬螺杆泵定子，其特徵在於所述定子由兩個橫截面呈半圓形的螺旋體對應旋合併粘接構成，兩螺旋體對應的旋合面為螺旋面；在各螺旋體上位於螺旋面的中心線位置且沿著該中心線延伸設有一條半圓底的凹槽，所述凹槽的橫截面由矩形和圓滑連接在該矩形下部的半圓形構成，兩個螺旋體的凹槽對應旋合構成所述定子的內螺旋面，在兩個螺旋體的外壁對應設有連接部。
2.如權利要求1所述的單螺杆金屬螺杆泵定子，其特徵在於所述兩螺旋體對應的旋 合面上塗設有黏合劑。
3.如權利要求1所述的單螺杆金屬螺杆泵定子，其特徵在於所述連接部間隔設有多個。
4.如權利要求1或3所述的單螺杆金屬螺杆泵定子，其特徵在於所述連接部為在兩 螺旋體外壁上切削形成的連接平臺，所述兩個相對的連接平臺對應設有螺栓孔，由螺栓穿 設所述螺栓孔將兩螺旋體緊固。
5.一種單螺杆金屬螺杆泵定子的內螺旋面加工方法，該方法包括以下步驟(1)提供一製作定子的圓形棒料；(2)由線切割設備沿著棒料軸線方向將該棒料剖切為兩個橫截面呈半圓形的螺旋體， 所述兩個螺旋體的剖切面為螺旋面；(3)由成型銑刀分別在兩個螺旋體剖切面的中心線位置且沿著該中心線延伸銑削一條 半圓底的凹槽，所述凹槽的橫截面由矩形和圓滑連接在該矩形下部的半圓形構成；(4)在兩個螺旋體的剖切面上塗設黏合劑，並將兩個螺旋體對應旋合粘接為一體，由此 將所述兩個螺旋體的凹槽對應旋合，以構成所述定子的內螺旋面；(5)在兩螺旋體外壁上切削形成多對相對的連接平臺，在所述兩個相對的連接平臺上 對應加工螺栓孔，由螺栓穿設所述螺栓孔以將兩螺旋體緊固。
6.如權利要求5所述的單螺杆金屬螺杆泵定子的內螺旋面加工方法，其特徵在於在 上述步驟(2)中，圓形棒料水平設置，將線切割設備的電極絲經過棒料一端圓心位置，然後 使棒料在圍繞其軸線轉動的同時，朝電極絲作相對水平移動，由此將該棒料剖切為兩個橫 截面呈半圓形的螺旋體。
7.如權利要求6所述的單螺杆金屬螺杆泵定子的內螺旋面加工方法，其特徵在於所 述棒料一端可滑動地套設在一管狀工裝中，棒料另一端夾設在一夾緊裝置上，該夾緊裝置 與一伺服電機連接，以由伺服電機帶動棒料圍繞其軸線轉動；該伺服電機設置在一工作檯 上，該工作檯能相對其底座移動，由此帶動棒料水平移動。
8.如權利要求5所述的單螺杆金屬螺杆泵定子的內螺旋面加工方法，其特徵在於在 上述步驟(3)中，先用棒銑刀加工所述凹槽中的矩形段部分；之後再用球形銑刀加工所述 凹槽中的半圓形段部分。
9.如權利要求5所述的單螺杆金屬螺杆泵定子的內螺旋面加工方法，其特徵在於上 述步驟(5)中所述的，在兩螺旋體外壁上切削形成多對相對的連接平臺，在所述兩個相對 的連接平臺上對應加工螺栓孔的加工過程，可在步驟(3)之後進行。
10.如權利要求5所述的單螺杆金屬螺杆泵定子的內螺旋面加工方法，其特徵在於所 述棒料剖切和凹槽銑削採用數控設備進行加工。
全文摘要
本發明為一種單螺杆金屬螺杆泵定子及其內螺旋面加工方法，所述定子由兩個橫截面呈半圓形的螺旋體對應旋合併粘接構成，兩螺旋體對應的旋合面為螺旋面；在各螺旋體上位於螺旋面的中心線位置且沿著該中心線延伸設有一條半圓底的凹槽，該凹槽的橫截面由矩形和圓滑連接在該矩形下部的半圓形構成，兩個螺旋體的凹槽對應旋合構成定子的內螺旋面，在兩個螺旋體的外壁對應設有連接部。本發明的金屬螺杆泵定子，是由兩個螺旋體對應旋合併粘接構成，可以採用開放式的加工方法先在各個螺旋體上加工出所述凹槽，然後再將兩個螺旋體對應旋合併粘接為一體；由於所述凹槽是採用開放式的方式進行加工的，因此可便於凹槽的切削加工，並可提高加工精度和加工效率。
文檔編號B23P15/00GK101892982SQ20101021131
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月28日 優先權日2010年6月28日
發明者丁慶新, 劉智, 惠坤亮, 殷海文, 田應成 申請人:中國石油大學(北京)