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发布时间:2016-09-18  发布者:星河泵业

在基础理论研究方面,20世纪60年代前苏联对单螺杆泵的工作原理进行了理论和试验研究,初步确定了3G螺杆泵的定转子型线方程、转子在定子中的运动规律以及螺杆泵排量特性和转子轴向力的计算方法等。80年代中后期,中国石油大学(华东)万邦烈、张建伟和北京石油勘探开发研究院苏义脑、谢竹庄等学者对单螺杆泵水力机械的基础理论进行了深入研究,建立了单螺杆泵水力机械螺杆一衬套副平面、空间啮合理论,分析了螺杆一衬套副空间啮合共扼曲面的特点。万邦烈等研究认为,以摆线的等距线及其共扼曲面所形成的螺杆一衬套副曲面是比较适宜的,并针对螺杆钻具建立了螺杆一衬套副的评价指标及其参数优选方法;利用投影法探讨了螺杆一衬套副的作用力问题,建立了螺杆泵转子作用力的理论计算公式。

在螺杆泵的工作特性研究方面,前苏联对低压头螺杆泵的工作特性进行了理论和实验研究,建立了容积损失、机械损失的理论和经验计算模型,试验分析了螺杆泵结构参数对其工作性能的影响。研究表明,螺杆泵的转子直径、定子导程、偏心距以及定转子间的过盈存在一定的联系,只有各结构参数维持一定值的条件下,即存在合理值,单螺杆泵才能保证率和长期地工作,并给出了主要结构参数的优比值选择范围。对定转子的间隙或过盈对泵特性的影响进行了试验研究,认为定转子间的过盈。

常规3G螺杆泵定子是将丁睛橡胶浇铸在钢体泵筒内形成的,衬套内表面是双螺旋曲面,其厚度不均匀,因此螺杆泵工作时,转子对它摩擦和冲击的机械能转变成热能,这些热量主要聚集在橡胶较厚的部位,造成橡胶溶胀不均匀,溶胀大的部位橡胶的物理和机械性能大幅度降低,同时局部摩擦增大,磨损严重,导致螺杆泵定子过早失效。

加拿大Weatherford企业和美国体斯顿National-Oilwell企业已经开发了等壁厚定子螺杆泵。将定子的钢套内壁设计成双螺旋面,从而保证橡胶衬套的厚度均匀,定子的钢套外壁可以是圆柱面,也可以是双螺旋面。

等壁厚定子螺杆泵与常规螺杆泵相比,具有以下优点:

1)这种保温螺杆泵可以改善螺杆泵工作时的散热性能,不会产生热积聚效应,减缓橡胶的热老化,寿命比常规泵长。

2)壁厚薄且均匀的橡胶层在运动过程中抗变形能力好,因而单级承压高,在相同的举升扬程条件下,可以减少泵的级数和定转子间的过盈量,其运转扭矩和系统效率等方面也优于常规螺杆泵。

3)等壁厚定子橡胶溶胀、温胀均匀,能较好地保证泵的型线,泵的密封性能变好,使泵运转时具有更好的力学性能,有利于长时间维持高泵效,延长泵的使用周期。

对单螺杆泵的工作性能有很大的影响,增加过盈量可减少容积损失,但也会加大机械损失。这些理论和试验数据只是适用于低压头螺杆泵,而对于采油用的高压头螺杆泵尚需进行有关的试验和理论研究工作。中国石油大学(华东)水力机械课题组和大庆采油工程研究院对采油螺杆泵的工作特性进行了初步试验研究。试验表明举升介质温度、粘度是影响螺杆泵容积效率的主要因素之一。oMajidDelpassand等学者对螺杆泵抽汲含砂流体的耐磨性进行了研究,研究认为对螺杆泵的结构参数和工作参数进行优化能够有效降低泵的磨损,延长不锈钢螺杆泵的使用寿命。大庆石油学院姜民政等进行了单螺杆泵吸入口压力对泵特性影响的试验研究,认为泵吸入口真空度较小时,泵特性参数变化不大,而吸入口真空较大时,泵的工作状况急剧恶化。

采油三螺杆泵的工作寿命很大程度上取决于定子衬套耐油橡胶的性能,橡胶定子受多种因素的影响,直接影响螺杆泵的工作特性。国内外学者在橡胶配方、制造工艺、橡胶非线性大变形理论分析等诸多方面进行了深入研究。师国臣博士在此基础上,建立了定子橡胶平面有限元模型对定子的受力和变形进行分析,认为泊松比对定子橡胶变形影响极大,轮廓线的位移随泊松比的变化是线性的螺杆泵采油配套技术是保证油井正常生产、提高检泵周期、实现有效举升不可缺少的辅助技术措施。随着螺杆泵采油技术应用领域的扩大,其配套技术的研究也得到深入开展,主要集中在杆柱配套技术、选井选泵技术、工况分析与诊断技术等方面,并得到一些有实用价值的结果。

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