集输系统中螺杆泵性能影响因素与优化对策

代兵 陈鹏 张子鹏 姚婷

摘 要：单螺杆泵在油田集输系统中已经发展为不可缺少的部分，因具有结构简单、投资少，效率高，节约能源的特点，使其在油气输送过程中被广泛应用.然而，螺杆泵的选择也极其重要，在油气输送过程所需泵的排量、进口流量、排量和杨程等因素，都直接关系到螺杆泵的工作效率。

关键词：单螺杆泵；集输系统；结构原理；流量排量；工作效率

1引言

在油气田开发过程中，用于输送油气介质的单螺杆泵通常被称混输泵它是一种内合啮偏心回转螺杆泵，属转子式容积泵，单头螺杆转子在螺孔的定子孔腔内啮合，形成若干密闭腔，当转子绕定子轴作行心旋转时，这些密闭腔作螺旋运动在连续匀速地运转时，容积不变的将密闭腔内的介质从吸入端送到压出端，由于转子一定子副啮合的密封线，将吸入腔和排出腔有效地隔开，且转子在定子孔内表面并非完全滑动摩擦运动。

2单螺杆泵的基本结构及原理

2.1单螺杆泵的结构图

2.2单螺杆泵的基本结构

（1）电动部分：电动机是螺杆泵的动力源，它将电能转化为机械能一般用防暴型三相异步电机。（2）减速箱部分：主要作用是传递动力并实现一级减速它将电机的动力由输入轴通过齿轮传递到输出轴，输出轴联接光杆，由光杆将动力传递到螺杆泵转子。（3）定子和转子部分：定子是由丁睛橡胶浇铸在钢体外套内形成的衬套的内表面是双螺旋曲面（或多螺旋曲面），定子与转子配合.转子在定子内转动，实现抽吸功能。

2.3单螺杆泵的工作原理

当由外界的动力原驱动螺杆泵的螺杆作旋转运动时，螺杆螺旋槽的吸入端周期性地打开，吸入腔的容积V因螺旋凹槽的打开而逐渐增大到V+ΔV。

2. 4螺杆泵动力学分析

分析模型确定螺杆泵进出口工作压差一般为5-15Mpa，泵级数一般为14-40级，即单级承压能力在0.3-0.6MPa。所谓单级是指一个完整的封闭腔室也即定子的一个完整导程。对转子液压力的分析仅在一个封闭腔室即可。由于对称性，可取半个导程即一个转子螺矩t长度范围内进行分析。为计算方便，建立转子空间曲面方程如下：

将定转子分成多个独立封闭腔室。定转子的线啮合和点啮合组成的啮合线由线啮合线方程得啮合线的轴向移动速度，即密封腔室的推移速度。

当转子与定子的啮合工作长度为定子导程和整数倍时，封闭腔室的产生和消失同时发生；当非完整定子导程部分小于转子螺距时，封闭腔室产生和消失不同时发生；当非完整定子导程部分大于转子螺距时，封闭腔室的产生和消失同时发生。

2. 5工作参数对螺杆泵工作特性影响

工作转速对单级承压能力的影响工作转速与泵的排量成正比，同时由前文所述，随着转子转速的增加，可有效减少漏损，增加泵的举升能力。

2 .6温度对螺杆泵工作特性的影响

定子橡胶衬套在实际工况环境下，其体积将发生热胀，热胀的结果是增加定、转子间的过盈，进而可提高螺杆泵的举升能力。螺杆泵在不同温度下测得的单级承压能力变化曲线。可见，温度的增加会有效提升举升能力。而实验发现，温度对螺杆泵转子负载扭矩无明显影响。

2. 7定子型线精度对螺杆泵工作特性影响

（1）橡胶特性定子在制造过程中，定子橡胶要经过挤注、硫化等工艺，橡胶自身的热塑性决定了厚度相差较大的橡胶在每一点处的变形量是不一致的。 （2）芯轴定子衬套的制造是采用在定子钢体外套与芯轴之间挤入橡胶，经硫化后形成的。 （3）温度由于橡胶的热胀性，在温度发生变化后，其定子衬套橡胶会发生体积膨胀，同时因为定子橡胶厚度的不均匀性，导致定子型线的变形，使定子型线精度下降。（4）举升介质螺杆泵长期在油气水三相介质中工作，油气对定子橡胶的物理化学作用会使定子橡胶发生溶胀，同样溶胀会使定子型线发生变形降低定子型线精度。（5）工作压力螺杆泵工作腔室的压力将压缩定子橡胶，同样会使定子型线发生变形降

低定子型线精度。

3现场应用

单螺杆泵已经全面推广使用，由于油井原油生产状况很不稳定，在一段时期内有可能气体含量很高，而另一段时期内液体含量很高根据油区的具体情况，混输介质温度在8一20℃时，平均粘度在400-1000mpa.s，范圍内，单螺杆泵实现降低井口回压、增加原油产量、提高开发效益以及达到油气密闭输送目的.：在混输系统设计中，把如何提高输送效率、减少电力消耗过程等问题作为攻关课题，确保油气集输系统安全、可靠、科学

4单螺杆泵的优点

4.1 结构和原理

（1）具有泵吸入性能好，泵压稳，扰动小，介质无端流和搅动；（2）可以输送高粘度及含磨蚀性杂质和固体颗粒的浓缩物，也可以实现两相、三相介质的混输，泵量程调节性能好，效率高；（3）运送液体的种类和粘度范围宽广。输送介质温度-100C：一1000C（特殊泵可达成1500C），最高粘度15000map.s。 （4）结构坚实，噪音低、安装保养容易。

4.2 与其他机泵相比

（1）和离心泵相比螺杆泵无需安装阀门流量，是稳定的线性流动；（2）和柱塞泵相比螺杆泵具有自吸能力强、吸入高度强；（3）和隔膜泵相比螺杆泵可输送各种混合杂质含有气体及固体颗粒或纤维的介质，也可输送各种腐蚀性物质；（4）和齿轮泵相比，螺杆泵可输送高粘度的物质；（5）和柱塞泵、隔膜泵及齿轮泵不同的是，螺杆泵也可用于药剂填充和计量。

5单螺杆泵的局限性

虽然螺杆泵具有很多优点，但在某些方面也存在一定的缺点：（1）定子是橡胶制造，最容易损坏，如定子寿命短，则维修泵次数多，增加了维修材料费用。（2）泵需要流体润滑，如果供液不足造成抽空，泵过热将会引起定子弹性体老化，甚至烧毁。（3）泵的性能对液体的粘度变化比较敏感。（4）螺杆的加工和装配要求较高。（5）虽然它操作简单，若操作人员不经常适当操作训练，操作不正确，也会造成泵损坏。

6单螺杆泵在油气集输中维护

螺杆泵在使用过程中，应该注意检查、操作及保养项目，确保螺杆泵能正常高效的工作。

（1）检查螺杆泵及管路及结合处有无松动现象用手转动螺杆泵，试看螺杆泵是否灵活。（2）向螺杆泵轴承体内加人轴承润滑机油，观察油位应在油标的中心线处，润滑油应及时更换或补充。（3）螺杆泵在运行过程中，轴承温度不能超过环境温度350C ；，最高温度不得超过800C.（4）定期检查螺杆泵轴套的磨损情况，磨损较大后应及时更换。（5）经常调整螺杆泵填料压盖，保证填料室内的滴漏情况正常（以成滴漏出为宜）。（6）尽量控制螺杆泵的流量和扬程在标牌上注明的范围内，以保证螺杆泵在最高效率点运转，才能获得最大的节能效果。（7）螺杆泵要停止使用时，关好螺杆泵出水管路的闸阀和出口压力表及进口真空表。（8）螺杆泵在寒冬季节使用时，停车后，需将泵体下部放水螺塞拧开将介质放净，防止冻裂。（9）螺杆泵长期停用，需将螺杆泵全部拆开，擦干水分，将转动部位及结合处涂以油脂装好，妥善保存。

7结束语

螺杆泵随着合成橡胶技术和粘接技术的发展而迅速发展起来目前，油田地面采用油气水多相混输技术已成为油气集输的必然趋势，螺杆泵又是多相混输系统的关键设备，极大地促进螺杆泵油气集输技术的成熟性同时，螺杆泵低投资、低能耗、对介质适应性强等优势在油田地面挖潜增效的作用日益凸显。

参考文献：

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