单螺杆泵过盈值的选配分析

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摘 要：从螺杆泵定转子配合原理特性入手，给出了螺杆泵定转子过盈值的计算方法，探讨了定转子本身材料和螺杆泵在实际工况下各种因素对定转子过盈值的影响。通过试验分析螺杆泵扭矩、扬程、排量与过盈值的关系，最后给出定转子过盈值的一般选择方法。

关键词：螺杆泵；过盈值；橡胶

引言

螺杆泵定转子过盈值是螺杆泵结构参数中的主要参数之一，其值大小直接影响螺杆泵的容积效率、轴功率、起动和运转扭矩、系统效率、杆柱断脱率和其使用寿命。因此在研究、设计和应用时，优选过盈值可有效地降低螺杆泵的扭矩作用力，减少系统运行负荷，达到降成本，节约资源的目的。

1螺杆泵定转子配合原理特性

当转子在定子衬套中位置不同时，它们的接触点是不同的。液体完全被封闭，液体封闭的两端的线即为密封线，密封线随着转子的旋转而移动，液体即由吸入侧被送往压出侧。转子螺旋的峰部越多，也就是液力封闭数越多， 泵的排出压力就越高。转子截面位于衬套长圆形断面两端时，转子与定子的接触为半圆弧线，而在其他位置时，仅有两点接触。由于转子和定子是连续啮合的，这些接触点就构成了空间密封线，在定子衬套的一个导程T内形成一个封闭腔室，这样，沿着螺杆泵的全长，在定子衬套内螺旋面和转子表面形成一系列的封闭腔室。螺杆泵就是在转子和定子组成的一个个密闭的独立的腔室基础上工作的。转子运动时（作自转和公转），密封空腔在轴向沿螺旋线运动，按照旋向，向前或向后输送液体。

2 定转子过盈值理论计算

螺杆泵定转子过盈值螺杆泵正常工作时，定转子间过盈值由下式确定：

式中：

δ1―初始过盈值，根据螺杆泵的外特性确定，mm；

δ2―由定子橡胶衬套温度变化产生的过盈值，可用实验方法确定，mm；

δ3―由定子橡胶衬套油气影响产生的过盈值，可用实验方法确定，mm；

根据大量的试验结果，总结出定、转子过盈值的经验公式。

δ1=（0.005～0.01）×D

式中：

D―转子直径，mm。

确定了初始过盈值后，一般根据经验或通过检测试验，研究各种流体条件的橡胶材料的配伍性，以确

定总的过盈值。

3 螺杆泵过盈值的影响因素

3.1 定子橡胶材料

定子橡胶的选择是螺杆泵设计中一个很重要的环节，它直接影响过盈值的优选。这就需要根据油井基本情况和产出液性质来确定定子橡胶。在橡胶配方优选方面，可通过橡胶检测试验室进行试验，针对不同成分的胶样，研究各种流体条件的配伍性，从检测橡胶的物理机械性能入手，确定定子橡胶，从而为过盈值的优选提供基本依据。

3.2 产出液性质

3.2.1井下液体温度

虚线为橡胶受热后膨胀的形状，螺杆泵定子外壳一般为钢制品，外壳胀量极小，橡胶受热只能向内腔膨胀，使定子内腔尺寸减小，过盈量增大。这与在地面常温状态下的过盈量的差别很大；另外，由于常规螺杆泵定子橡胶厚度不同，受温度影响而产生的膨胀量也不同，所示为实际测量的定子内腔长短轴方向膨胀量曲线。由于定子橡胶厚度不同其受温度影响变形量也不一样，这也是过盈值优选的条件之一。

3.2.2 液体中机械杂质

机械杂质大小形状、硬度和浓度对过盈值选择也有影响。产出液中含砂、蜡等固体杂质相对较多和颗粒较大时，定转子的过盈值要相对变小；反之则可以变大。在这种条件下可选用具有较好弹性的橡胶原料，同时要求橡胶填料耐磨性能高；还可增加泵级数。

3.2.3 液体粘度

流体粘度高，性好，转子与定子间摩擦系数较小，过盈值可选择大一些。流体粘度低，性差，转子与定子间摩擦系数较大，过盈值可选择小一些。

3.2.4 腐蚀性液体

在具有腐蚀性产出液中，选择具有较好弹性的橡胶材料并加入耐腐蚀性填料。同时，为了防止定子橡胶因腐蚀变质而脱落，应适当减小转子与定子过盈值，以免过盈值大产生较大的摩擦，而加速定子橡胶的损坏。

4 合理确定螺杆泵定转子间过盈值

4.1 扭矩、扬程和排量与过盈值的关系

4.1.1 排量与过盈值的关系

在举升扬程为4 MPa时，泵的容积效率有逐步提高的趋势。随着过盈值的增加，1、2、3号泵排量分别为43.8 m3/d，82.3 m3/d和84.6 m3/d。在不同扬程条件下试验，都有相同的规律。主要原因是由于过盈值增大，定转子间密封性能提高，泵运转时漏失量减小。

4.1.2 扬程与过盈值的关系

随着过盈值的增加，最高举升扬程分别为4.01 MPa，5.0 MPa和8.0 MPa，说明过盈量增加能有效提高举升扬程。主要是由于过盈值增加，定转子密封性能提高，单级密封腔室承压高，泵举升扬程高。

4.1.3扭矩与过盈值的关系

当0压力时，随着过盈值的增加，1、2、3号泵初始扭矩分别为21.62 N・m，35.66 N・m和44 N・m，有逐步增大趋势。说明由于过盈值增大，定转子间扭矩增加。

通过以上分析，对于样品KGLB500-24泵，只有定转子过盈达0.5 mm左右时，螺杆泵整体性能才能达到标准要求，同时与标准的4号泵性能接近，可以满足现场的应用需要。因此，KGLB500―24定转子过盈值确定为0.5 mm左右。

4.2 合理过盈值判定原则

在实际工作中，以理论计算为依据，应用螺杆泵工作特性曲线控制螺杆泵的结构参数是行之有效的方法。

（1） 理论计算

首先由计算公式得到初始过盈值，再考虑井况及井液等因素的影响，给出泵的总过盈值。

（2） 室内试验

零压力点下试验，空载排量与几何排量之差不得超过几何排量的15%；

在135 r/min和额定压力下试验，泵的容积效率不得低于60%～80%，单头泵的总效率的最高效率点不得低于85%。

5 结论

螺杆泵定转子的过盈值的确定受多种因素的影响，有时难以确定。测量定、转子间的过盈值，无论是实验直接测量还是理论计算都是比较困难的，特别是井下泵的定转子相对较长，过盈值沿轴向其每一导程很难保持一致；而且定子橡胶衬套随着其填料成分不同，工况环境的变化，其热胀、溶胀量也有较大的差异。所以，通常情况下采用理论和水力特性检测的方法，可以确定过盈值；同时还要考虑影响过盈值的各个方面的因素。这样才能更切合实际的给出螺杆泵的过盈值，使定转子达到最佳配合状态，从而使螺杆泵发挥出最大的工作效率。

参考文献

1. W.H.Inmon著，王志海等译.数据仓库.机械工业出版社.2000：1，66

2. 蔡自兴、徐光.人工智能及其应用（第二版）.清华大学出版社.1996：6-15

作者简介； 刘涛 ：女，1976年6月20日2005年毕业于大庆石油学院，现从事采油工作。联系地址：黑龙江省大庆市第五采油厂；邮编：163513