单螺杆泵范文（精选12篇）
单螺杆泵 第1篇
用于单螺杆泵线型设计的摆线主要有普通摆线、短幅内摆线、短幅外摆线和内外摆线四种[1],目前采油用螺杆泵广泛应用的线型是内摆线,螺杆由金属材料制成,衬套采用橡胶材料[2],由于衬套是易损件,在检泵时需要将抽油杆和油管全部取出,工作量大,耗时长,成本高。外摆线线型也可用于螺杆泵的设计,但对外摆线型螺杆泵的研究却甚少。
采油螺杆泵是通过一对螺杆-衬套副的啮合来实现液体举升的,接触点处相对滑动速度的大小对螺杆泵的磨损和寿命有着直接的影响。文献[3-4]利用运动仿真软件对内摆线型单螺杆泵运动进行仿真,采用取点拟合的方式得到型线上齿凸接触点和齿凹接触点处的相对滑动速度曲线;文献[5-6]则利用数学分析的方法,给出了内摆线型螺杆-衬套副间最大相对滑动速度的计算方法。本文在以上文献基础上对外摆线型螺杆-衬套副进行运动分析,推导其型线上两类接触点处相对滑动速度的计算公式,该公式一方面可作为外摆线型单螺杆泵结构参数优化时速度约束的数学模型,另一方面可结合MATLAB软件生成速度曲线,进一步探讨型线上两类接触点的运动规律,为外摆线型螺杆泵的磨损和寿命分析提供理论依据。
1 螺杆-衬套副模型的建立
短幅外摆线型单螺杆泵由螺杆和衬套两部分组成,螺杆骨线方程为[7]
式中,n=N+1,N为螺杆头数;K为幅长系数,0<K≤1;θ为导圆滚角,0≤θ<2π;R2为滚圆半径。
将螺杆骨线向内侧等距形成螺杆型线,其方程为
式中,r(0)为等距半径系数;α为螺杆骨线向内等距方向角。
衬套截面的骨线方程为[7]
式中,T为计算衬套骨线方程时产生的三角函数周期,T=0,1,…,N,其中,0对应衬套骨线的第一个头,1对应第二个头,以此类推。
衬套型线方程比较复杂,由两部分组成,如图1所示(N=2),第Ⅰ部分为衬套骨线的等距线,第Ⅱ部分为以尖点为圆心,以等距半径为半径的圆弧。且
式中,α′1为衬套骨线向内等距方向角;α′2为以衬套骨线尖点为圆心,以等距半径为半径画圆时的方向角;Фτ为衬套骨线上任意一点的切线与横坐标所成的夹角。
将式(3)转化到直角坐标系中,有
式中,Ф 为滚圆滚角。
根据上述型线方程(式(2)和式(4))取头数N为2,幅长系数K为0.7,衬套线型外廓直径DK为89mm,滚圆半径R2为12.36mm,等距半径系数r(0)为0.8,在SolidWorks软件中建立外摆线型单螺杆泵实体模型,如图2所示。
2 螺杆-衬套副的运动分析
建立与衬套骨线相连的静坐标系x1-O1-y1和与螺杆骨线相连的动坐标系x2-O2-y2(x1、x2为实轴,y1、y2为虚轴),如图3所示,螺杆在衬套中做行星运动[8],实际上是两个运动的叠加,一是螺杆绕自身形心O2做自转运动,设定方向为顺时针,另一个是螺杆形心O2绕衬套形心O1做公转运动,方向则为逆时针,公转角为
自转角为
上述运动可以等同于如下运动:即半径为NKR2的动瞬心圆携带螺杆骨线沿半径为nKR2的定瞬心圆做纯滚动,P点为速度瞬心。
螺杆骨线在衬套骨线中做行星运动时会形成两类接触点,如图3所示,螺杆骨线始终通过衬套骨线的尖点,如Q点,称之为固定接触点,另一类接触点沿着衬套骨线边界流动,如E点,称之为流动接触点。
通过分析外摆线型单螺杆泵螺杆-衬套副的运动,发现其固定接触点出现在衬套骨线上,与固定接触点在螺杆骨线上的内摆线型单螺杆泵相反。因此,外摆线型单螺杆泵的衬套可采用金属材料,通过铣削完成,螺杆表面采用橡胶材料,利用模具在金属螺杆表面浇注一层橡胶,使螺杆成为易损件。在检泵时只需将抽油杆和螺杆取出,从而避免了取出油管的麻烦,这样会大大减轻劳动强度,缩短拆装时间,降低检泵成本,提高经济效益。
3 齿凸接触点处相对滑动速度
螺杆、衬套骨线分别向内侧等距形成螺杆、衬套型线,其中固定接触点(如Q点)向内等距形成一段圆弧,在该段圆弧上形成的接触点称之为齿凸接触点(如M点),如图4所示。设螺杆自转角速度为ω2,方向为顺时针,自转角为φ2;公转角速度为ω1,方向为逆时针,公转角为φ1。则齿凸接触点处的相对滑动速度矢量:
在静坐标系x1-O1-y1中,由向量的运算法则可知
Q点为衬套骨线上的固定接触点,在静坐标系x1-O1-y1中的表达式为[7]
由于螺杆和衬套为循环对称结构,每个头上接触点的运动规律是相同的,只是有一个相位差的区别,故本文只考虑衬套骨线上的第一个固定接触点(Q点),即T=0。
lQM为固定接触点向内等距长度,螺杆型线在衬套型线中做啮合运动时有自转运动,需给lQM添加一个自转角φ2,得
速度瞬心P在静坐标系x1?O1?y1中的位置:
根据式(11)~式(13),可将式(10)转化为
将式(14)代入式(9)并化简得
4 齿凹接触点处相对滑动速度
衬套骨线上流动接触点(如E点)向内等距对应到型线上(S点)始终位于衬套齿凹处,因此称之为齿凹接触点,如图4所示,齿凹接触点处的相对滑动速度矢量
在静坐标系x1-O1-y1中,由向量的运算法则可知
衬套骨线上流动接触点(E点)在静坐标系x1-O1-y1中的轨迹方程为式(3),故
lES为流动接触点向内等距长度,其表达式为
根据式(13)、式(18)、式(19)可将式(17)转化为
将式(20)代入式(16)并化简得
综上,式(15)和式(21)分别为外摆线型单螺杆泵齿凸接触点和齿凹接触点处相对滑动速度的计算公式。
5 速度公式的验证与应用
用SolidWorks Motion对图2所示的实体模型进行运动仿真,螺杆自转转速取2r/min,公转转速取4r/min,根据函数找到指定时刻齿凸接触点、齿凹接触点在螺杆型线上的位置,然后选定该点并输出该点速度随时间变化的Excel表格,分别从表格中找到两类接触点在对应时间的仿真速度值。由于本文所建立的外摆线型单螺杆泵实体模型没有简化近似的部分,仿真时给螺杆所赋予的运动为螺杆的真实运动,其误差主要来源于MATLAB计算时选取的步长大小,步长越小,精度越高,因此速度仿真值可认为是理论正确值。将本文推导出的齿凸接触点处的相对滑动速度公式(式(15))和齿凹接触点处的相对滑动速度公式(式(21))写入MATLAB软件进行计算,并分别输出齿凸接触点在螺杆型线上流动一周和齿凹接触点在衬套上流动一周过程中两类接触点处的相对滑动速度(并非流动速度,而是相对滑动速度)变化曲线,与仿真值进行对比,如图5和图6所示,将图6中第一个周期的图像进行放大,如图7所示。
由图5、图6可以看出,齿凸接触点与齿凹接触点处相对滑动速度的仿真值与公式计算值拟合度很高,最大偏差率为-0.101%。齿凸接触点在螺杆上流过一周需要30s,齿凹接触点在螺杆上流过一周只需10s(在衬套上流过一周需要15s),齿凹接触点不停“追赶”和“超越”它前方的齿凸接触点,从而使它前后方的腔室分别出现“减小”-“消失”和“产生”-“增大”的循环,这便是螺杆泵推移介质的机理。
由图6可以看出,当t=0时,不存在齿凹接触点。在图7中作垂直于横轴t轴的直线,该直线与速度图像交点的个数随时间的推移不断变化,即在衬套一头内齿凹接触点的个数随时间不断变化,这与内摆线型单螺杆泵一头内始终只有一个齿凹接触点不同[9]。
分别截取SolidWorks Motion中t=0,2.5,7.5s时螺杆与衬套的啮合状态图(图8)。当t=2.5s时,齿凹接触点处相对滑动速度达到最大值,如图6所示,为3.883mm/s,最大值发生在螺
杆齿凸中点与衬套齿凹中点相接触处,啮合状态如图8b所示;当t=7.5s时,齿凸接触点处相对滑动速度达到最大值,如图5所示,为11.133mm/s,最大值发生在螺杆齿凸中点与衬套齿凸中点相接触处,啮合状态如图8c所示。
6 结论
(1)短幅外摆线型单螺杆泵固定接触点在衬套骨线上,因此衬套可采用金属材料,螺杆表面采用橡胶材料,使螺杆成为易损件,这样在检泵时只需将抽油杆和螺杆取出,避免了取出油管的麻烦,这样会大大减轻劳动强度,缩短拆装时间,降低检泵成本,提高经济效益。
(2)采用瞬心法推导出短幅外摆线型单螺杆泵齿凸、齿凹接触点处的相对滑动速度公式,并验证了其正确性,为外摆线型单螺杆泵结构参数优化提供了速度约束的数学模型,为磨损和寿命分析提供了理论依据。
(3)短幅外摆线型单螺杆泵齿凹接触点的数目随时间的推移不断变化,其变化状态主要受螺杆头数和幅长系数的影响。
(4)齿凹接触点处相对滑动速度的最大值发生在螺杆齿凸中点与衬套齿凹中点相接触处,齿凸接触点处相对滑动速度最大值发生在螺杆齿凸中点与衬套齿凸中点相接触处。
摘要：通过分析外摆线型单螺杆泵螺杆-衬套副的相对运动,发现螺杆-衬套副的固定接触点出现在衬套骨线上,衬套可采用金属材料,螺杆可在金属基体表面黏接橡胶外套;用瞬心法推导出齿凸接触点和齿凹接触点处相对滑动速度的计算公式,并用MATLAB生成速度曲线,用SolidWorks建立螺杆泵实体模型,用SolidWorks Motion进行运动仿真,对比速度仿真值与速度公式曲线可知,拟合度很高,最大偏差率仅为-0.101%;将速度曲线与啮合状态进行对应,发现齿凹接触点处相对滑动速度的最大值发生在螺杆齿凸中点与衬套齿凹中点相接触处,齿凸接触点处相对滑动速度最大值发生在螺杆齿凸中点与衬套齿凸中点相接触处。
关键词：外摆线型单螺杆泵,齿凸接触点,齿凹接触点,相对滑动速度
参考文献
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浅谈如何提高螺杆泵井时率 第2篇
1 螺杆泵的工作原理及组成 螺杆泵是单螺杆式水力机械的一种,是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用.螺杆泵的`转子、定字副(也叫螺杆--衬套副)是利用摆线的等效动点效应,在空间形成封闭腔室,并当转子和定子作相对运动时,封闭腔室能作轴向移动,使其中的液体从一端移向另一端,实现机械能和液体能的互相转化,从而实现举升作用.
作 者：郭福宝 作者单位：大庆油田采油六厂第二油矿208队,黑龙江・大庆,163114 刊 名：科协论坛（下半月） 英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY ASSOCIATION FORUM 年，卷(期)：2007 “”(10) 分类号：X-01 关键词：★ 如何提高简历的回复率
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螺杆泵故障原因分析及对策 第3篇
关键词：螺杆泵；工艺；原理；原因；对策
中图分类号：C93 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2012）15-0138-02
一、螺杆泵采油工艺简介
螺杆泵是一种新型的采油机械，尽管应用不过二十多年的历史，但目前在国内外各大油田已经广泛应用，螺杆泵采油作为油田的一种开采工艺技术，是一种行之有效的人工举升手段，螺杆泵对输送介质物性有着极好的适应性，尤其是对于气液混合物的输送，能很好地解决普通容积泵所面临的“气蚀”、“气锁”问题，能达到很高的泵效。螺杆泵采油作为一种新兴的人工举升方式，投资少，设备结构简单，操作方便，节能效果明显。目前在采用聚合物驱油的油田中，螺杆泵已成为常用的人工举升方法。
二、螺杆泵采油装置结构及其工作原理
螺杆泵采油装置是由井下螺杆泵和地面驱动装置两部分组成。二者由抽油杆作为绕轴，把井口驱动装置的动力通过抽油杆的旋转运动传递到井下，从而驱动螺杆泵的转子工作。其工作原理是：螺杆泵是靠空腔排油，即转子与定子间形成的一个个互不连通的封闭腔室，当转子转动时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移。封闭腔在排出端消失，空腔内的原油也就随之由吸入端均匀地挤到排出端。同时，又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入。这样，封闭空腔不断地形成、运移和消失，原油便不断地充满、挤压和排出，从而把井中的原油不断地吸入，通过油管举升到井口。
三、螺杆泵采油系统性能特点
螺杆泵与其他机械采油设备相比，具有以下优点：
（1）由于结构简单，价格较低，节省一次投资。
（2）地面装置结构简单，安装方便，可直接坐在井口套管四通上，占地面积小。
（3）泵效高，节能、管理费用低。由于螺杆泵是容积泵，流量无脉动，流速稳定，没有液柱和机械传动的惯性损失。泵容积效率可达90%，是机械采油设备中能量消耗最小的机种之一。
（4）使用黏度范围广，可以举升稠油。一般来说，螺杆泵适合于黏度为8000mPa·s以下的各种含原油的液体，因此多数稠油井都可应用。
（5）适合于高含砂井。在高含砂（40%）的情况下螺杆泵仍可正常工作。
（6）适合于高含气井。螺杆泵不会发生气锁，故较适合于含气高的井。
螺杆泵采油系统的主要缺点是扬程较低，螺杆的加工和装配要求较高；泵的性能对液体的黏度变化比较敏感。
四、螺杆泵采油故障原因分析
1.井下工况判断不精确
目前尚无有效的螺杆泵工况监测手段，对螺杆泵井的泵况诊断仅有两种方法。一是观察运行电流，看电流是否在正常范围之内；二是井口憋压测试压降，通过观察油、套压的变化，绘制变化曲线进行分析，对泛起的复杂情况难以正确诊断。
因为螺杆泵井一般采用φ25mm高强度抽油杆和φ38mm空心抽油杆，因为扭矩大，很轻易造成杆断和防脱器碎裂和过载停机，断脱位置在上、中、下均有。主要是停机时由于扭力卸载，抽油杆高速反转，其反转速度远远高于正常开抽时的正转速度，此时抽油杆非常轻易脱扣，甚至造成油管脱扣。
应用螺杆泵采油工艺技术，目的是通过螺杆泵采油工艺解决稠油在油井井筒中的流动问题、地层疏松引起的出砂问题，自从在大庆油田使用螺杆采油工艺以来，这一新工艺、措施的引进及应用取得了良好的效果。但是在使用过程中出现了一些问题值得讨论。
一方面，井口回压高、负荷重造成烧皮带频繁、电机烧毁，主要原因是：
A.因为混合物流体的黏度过高，原油黏度、胶质和沥青质的含量较高，原油在井下泵的强烈搅拌作用下，原油和水形成乳化程度很高的油包水型乳状液，乳状液的黏度随着乳化程度的升高（水滴颗粒被搅拌得很细）而大幅度提高，远远超出了螺杆泵负荷能力。
B.驱动装置故障引起机械负荷增大，主要有中间滚轴轴承磨损造成受力不均引起负荷增大，上下两端的定位扶正滚珠轴承磨损、输入轴齿面和主锥体齿面啮合间隙过大造成受力不均引起负荷增大。
C.因为原油在举升过程黏度会升高，所以一些螺杆泵井一旦回压过高则必须洗井才能恢复生产，同时地面输油管线需要扫线。因为乳状液的黏度对于温度的敏感性低，加温对于降黏效果不明显，通常将转子提出泵筒后采用反洗井。
2.抽油杆、转子及油管脱扣
原因：目前使用的油管锚为机械式座封，在座封时主要靠给油管加压使其坐封。加压使油管在井内严峻弯曲，抽油杆在油管内工况恶化，坐封力不好控制，故易导致油管脱扣。
3.驱动装置的密封性差
现有地面驱动装置密封有两处：一是减速器油封密封，二是井口盘根盒密封。尤其井口盤根密封漏油严重，因为现在采用的盘根为“O”型聚乙烯四氟，对光杆磨损较大，造成光杆外径变细，新加盘根后，光杆与盘根之间密封由于盘根的可塑性差造成间隙过大，导致从盘根处漏油。
4.泵最佳实际排量与油井产能不匹配。
5.螺杆泵采油配套标准不完善或缺乏。
螺杆泵采油作为一项成熟的技术，其相应的配套标准也应该建立起来。如螺杆泵采油及其配套技术的产品质量标准，螺杆泵井的施工作业、生产管理和测试标准，螺杆泵井的设计标准等。
五、对策
1.采用潜油螺杆泵，减少由于抽油杆搅动引起的黏度增加，并可提高油井的流通面积，井下机组运转产生的热量还可加热原油降低井筒流体的入泵黏度。
2.对反向乳化严重的油井，采用环空加破乳剂的方式生产，降低产出液黏度，并可提高螺杆泵的吸入能力。
3.采用传递高扭矩的抽油杆，解决抽油杆本体、连接丝扣的抗扭问题，防止抽油杆断脱。
4.用旋转式油管锚替代在用的油管锚，减小因为管、杆弯曲造成的管、杆脱扣。
5.螺杆泵系统优化设计。开发螺杆泵系统设计参数调整的软件，对螺杆泵下井前的检验、组装、设计进行优化。测量光杆扭矩、转速、轴向力及电力参数进行泵况诊断，使油井、驱动设备、油管、抽油杆及相关参数合理匹配，并随着地层压力、产能、产液物性等的改变进行设备和参数的调整，最终达到供抽协调。
6.油井产层供液能力好坏、高低，决定了螺杆泵的使用效率。因此，建议在今后油井原油举升方式上应科学、合理考虑其工艺设计条件。采油工艺的选择至原油提升设备的选型，必须依据油井油藏供液能力方面的客观现实，依托油藏工程方面科学的研究、预测、分析，“因井制宜”才能发挥较好的经济效益。
参考文献：
[1] 曲占庆.采油工程基础知识手册[M].北京：石油工业出版社，2002.
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双头单螺杆泵定子衬套力学行为分析 第4篇
我国当前和未来都将面对低渗、稠油等难开发油藏及特高含水期油藏, 以及海上和沙漠油田的一系列开采问题。油田开采难度的增大, 对技术要求越来越高, 必须运用现代科学技术改进传统开采工艺及采油机械的工作性能。螺杆泵以其投资少、设备结构简单、操作方便以及适应性强等优点, 逐渐受到国内外油田的重视。
与单头单螺杆泵相比, 双头单螺杆泵具有很多优势: ①在相同转速和相同横向尺寸下, 有较大的流量; ②转子的偏心距较小, 噪声和振动小, 允许采用较高的转速, 吸上性能更佳; ③容积效率和机械效率更高。然而其缺点也是非常明显的: 双头单螺杆泵采用丁腈橡胶衬套与转子配合, 对加工精度要求更高, 精度不够则会影响转子和定子的配合均匀度, 使其优点不再突出; 而且衬套在工作载荷下容易发生变形和磨损, 严重影响螺杆泵的工作效率和使用寿命。本文围绕上述问题开展了相关的研究工作。
由于衬套在实际工况下的变形和受力状况测试比较困难, 采用数值模拟技术对双头单螺杆泵定子衬套性能进行分析便成为节约成本、省时省力的方法。目前, 对单头单螺杆泵的研究较多, 如张劲等[1]对单头单螺杆泵衬套二维模型进行了静力学有限元分析, 得到了工作压力与衬套应力、应变及变形规律的关系; 文献[2-4]研究了单螺杆泵衬套副的啮合理论和磨损情况, 得到其作用力的理论计算方法, 以及衬套磨损呈喇叭状的结论;文献[5-6]采用数值模拟方法研究了单螺杆泵转子处于不同位置时腔室内压力分布情况和转子在初始过盈下的变形情况; 沙毅等[7]通过试验研究了单螺杆泵特性, 阐述了泵性能随水力几何系数及比转速的变化关系。目前对双头单螺杆泵衬套力学行为的研究较少。本文探索双头单螺杆泵的求解方法, 分析双头单螺杆泵在不同工况下的受力情况及变形规律, 为双头单螺杆泵的设计和结构优化提供理论基础。
1 双头单螺杆泵有限元求解方法
1. 1 双头单螺杆泵三维模型建立
从几何方面来看, 双头单螺杆泵定子衬套内腔是螺旋曲面, 目前的有限元商业软件的前处理功能很难直接完成定子衬套空间螺旋曲面的三维建模; 此外, 分析时还要考虑衬套橡胶的几何非线性和材料非线性。因此, 衬套橡胶在几何和物理上的一些特点会对有限元模型的建立和求解造成一定的困难。
本文利用自编的模型生成程序完成定子衬套空间几何模型的建立, 再利用ABAQUS后处理完成网格划分和求解。
对于双头单螺杆泵三维有限元模型而言, 初始网格的质量决定求解能否顺利完成。图1a所示为双头单螺杆泵定子衬套长度取100 mm时的有限元模型, 可以看出, 单元网格严重扭曲, 且模型内腔出现了错误网格, 无法进行求解; 图1b所示为网格优化后的模型, 定子衬套网格质量有了很大改善, 改善后的双头单螺杆泵定子衬套每个横截面内的平面网格形状很好, 单元边与边之间的夹角都接近直角。利用改进后的模型分析定子衬套承受的工作压力 ( 均匀内压与工作压差) 时, 可以顺利求解。
有限元分析需要在保证计算结果准确的前提下, 通过简化模型来提高求解效率。由于定子衬套材料与定子壳体材料的弹性模量相差近五个数量级, 所以分析时不考虑定子壳体。在内压作用下, 不同长度定子衬套模型横截面内的应力、应变以及内轮廓线变形规律都非常吻合, 因此, 为了减小工作量, 取较短的定子衬套三维模型进行分析。在此基础上考虑是否可以用二维模型代替三维模型来分析双头单螺杆泵的受力状态及变形规律, 从而进一步提高求解效率。
1. 2 双头单螺杆泵定子衬套三维模型与二维模型有限元分析比较
双头单螺杆泵的二维模型相比三维模型, 计算工作量大大减小, 对电脑配置要求可以大幅降低。下面分析对比双头单螺杆泵三维模型和二维模型在工作压力下的模拟结果。
1. 2. 1 双头单螺杆泵模型参数
双头单螺杆泵额定工况下的性能参数为: 流量345 m3/ d, 泵压8 MPa, 转速200 r / min, 单级压差0. 7 MPa。主要结构参数为: 外壳外径114 mm, 壁厚8 mm, 衬套外径98 mm, 定子导程450 mm, 偏心距7. 5 mm, 转子圆弧直径30 mm, 级数为12。双头单螺杆泵定子衬套三维有限元模型如图1b所示, 长度取100 mm; 图2 所示为双头单螺杆泵的二维有限元模型。
沿定子衬套内轮廓线建立自然坐标系S, 1为坐标原点, 按逆时针方向沿内轮廓线取点形成路径, 路径长度L为214. 2 mm, 如图3 所示。为简化数值仿真模型, 不考虑螺杆泵外壳, 位移约束直接加在定子衬套外侧。模拟分两步进行: 首先给定子衬套施加10MPa均匀内压, 然后再施加0. 7 MPa的工作压差 ( 双头单螺杆泵单级压差) 。图4 所示为定转子一种啮合情况下的密封腔平面模型, 定转子啮合形成的每个密封腔室的压力根据液体流动方向确定; 工作过程中, 转子顺时针自转, 随转子转动容腔面积变小的为排出腔, 属增压过程; 该啮合状态下, AC腔为排出腔, 压力取10 MPa, BC腔为吸入腔, 压力取9. 3 MPa, AB腔压力介于两者中间, 取为9. 7 MPa。
1. 2. 2 衬套橡胶本构模型
定子衬套丁腈橡胶是一种高度非线性的超弹性材料, 其力学性能参数是数值模拟的基础。室温下弹性模量的测定结果见表1[8,9,10]。
MPa
ABAQUS提供了多种超弹性材料的本构模型。对于大多数橡胶, 在应变小于100% ( 拉) 和30% ( 压) 的情况, 与其他模型相比, Mooney-Rivlin双参数模型[11,12,13,14]的计算精度较高:
式中, W为应变势能;分别为右Cauchy-Green变形张量的第一、第二基本不变量; C10、C01为Rivlin系数, 均为正定常数, 可由橡胶试验获得。
橡胶材料的泊松比μ =0. 5, 剪切模量G、弹性模量E0与材料常数的关系分别为
橡胶硬度 ( IRHD硬度) Hr与弹性模量E0之间的关系可表示为
根据式 ( 2) , 橡胶的力学常数C10与C01取决于橡胶的硬度, 需要确定C10与C01之间的关系才能通过硬度确定橡胶的特性常数。
已知橡胶压缩试验的载荷-变形曲线, 模拟计算不同C01/ C10比值的载荷-变形曲线, 与实测结果比较 ( 图5) 可知, C01/ C10取0. 02 时仿真计算值与实测值最吻合; 而室温下衬套的弹性模量为11. 49 MPa, 则C10= 1. 879, C01= 0. 038。
1. 2. 3 分析结果对比
( 1) 应力应变分布对比。计算结果表明, 10 MPa均匀内压作用下, 定子衬套三维模型与二维模型应力最大值分别为0.090 95 MPa和0.089 69 MPa, 误差仅为1.4%。两种模型应力分布如图6a和图6b所示, 可以看出, 应力分布规律相同, 均是弧底处应力最大, 该处存在应力集中, 而弧顶应力最小, 应力从弧底到弧顶呈周期性变化。非均匀内压作用下的定子衬套三维模型与二维模型应力分布见图6c和图6d, 非均匀内压下, 衬套三维模型和二维模型相同截面的最大应力值分别为0.3549 MPa和0.3734 MPa, 最大应力集中在压差作用处。因此, 定子衬套三维模型与二维模型应力分布结果较为吻合, 应力分布规律也基本相同, 而定子衬套应变分布规律与应力分布规律相同。
( 2) 内轮廓线变形规律对比。如图7a所示, 在10 MPa均匀内压作用下, 三维模型内轮廓线上部、中部及二维模型内轮廓线位移沿自然坐标系S的分布规律及数值基本吻合; 对于非均匀工作压力的情况 ( 图7b) , 三维模型与二维模型相同截面的内轮廓线位移也能够很好地吻合。
因此, 受内压作用的双头单螺杆泵定子衬套有限元计算可以采用平面应变模型来分析。下面采用平面应变模型对定子衬套在均匀工作压力和非均匀工作压力下的应力、应变分布规律及内轮廓线变形规律进行详细分析。
2 双头单螺杆泵有限元分析结果
2. 1 定子衬套剪应变分布规律
定子衬套的剪应变分布规律如图8 所示。在均匀内压作用下, 定子衬套剪应变峰值为1. 289% , 最大值在弧底对角处; 当施加压差时, 衬套剪应变最大值增大到5. 058%, 最大值位于压差作用处。在静态载荷作用下, 橡胶可以承受这样的剪应变, 但是螺杆泵在工作状态下, 压差作用处的剪应变周期性的变化, 将使衬套橡胶产生黏滞损耗, 导致橡胶疲劳老化。
2. 2 均匀内压下定子衬套内轮廓线变形规律
衬套内轮廓线的变形直接影响螺杆泵的密封性能和过盈量的选取。图9 所示是均匀内压作用下, 定子衬套变形前 ( 透明处) 和变形后 ( 网格处) 内轮廓线形状, 图中将位移显示放大了20 倍。在均匀内压作用下, 衬套内轮廓线上各点均受压变形, 但各点的位移大小不同, 弧底处最小, 弧顶处最大, 其位移u沿自然坐标系S的分布呈正弦规律变化, 同时又随内压p的增大而增大, 如图10 所示。
为了定量地描述位移u的分布规律, 采用正弦函数的一般形式对它进行拟合。定子衬套内轮廓线位移u与衬套内压p及自然坐标系S有关。设拟合方程为
其中, u ( S, p) 表示位移是自然坐标S和内压p的函数; a ( p) 、b ( p) 、c ( p) 和d ( p) 是位移空间分布形态的拟合系数, 也是压力p的函数。
利用式 ( 3) 对图10 中有限元求解出的10 个不同压力下内轮廓线位移沿自然坐标系S的变化曲线进行拟合, 可以得到压力p为定值时的系数a ( p) 、b ( p) 、c ( p) 和d ( p) 。
由于是正弦函数, 从图10 中可以看出, d ( p) = 0. 5。图10 中位移变化曲线沿自然坐标系S有三个周期, 由周期公式T = 2π/ω 得
则c ( p) = 0. 028 01。对每个增量步压力下的曲线进行拟合得到的a ( p) 、b ( p) 见表2。
可看出, 拟合系数a、b与内压p成线性关系, 从而可得
将a ( p) 、b ( p) 、c ( p) 和d ( p) 代入式 ( 3) , 有
式 ( 4) 即为双头单螺杆泵定子衬套受均匀内压p作用下内轮廓线位移的一般表达式, 给定自然坐标系S, 利用式 ( 4) 就可以得出某点位移随压力p的变化规律。可以看出, 位移u与均匀内压p成线性关系, 当压力增大时, 内轮廓线的位移也随之增大, 当内轮廓线变形达到一定程度时, 定转子之间的密封腔将产生泄漏, 造成双头单螺杆泵容积效率下降。式 ( 4) 中各拟合系数的意义分别如下: a ( p) 为位移的平均值, 它与压力p成正比; b ( p) 反映了位移沿自然坐标系S的变化曲线的变化幅度, 也与压力p成正比; c ( p) 和d ( p) 都与压力p无关, c ( p) 与正弦函数的周期有关, 而d ( p) 决定了正弦函数的初相位, 与自然坐标系S原点的位置有关, 它们均取决于定子线型的设计参数。
2. 3 非均匀内压下定子衬套内轮廓线变形规律
在施加10 MPa均匀内压的基础上, 再对图4所示啮合情况下的定子衬套施加0. 7 MPa的压差。图11 所示为非均匀内压下衬套内轮廓线位移u沿自然坐标系S的分布规律及其与内压p的关系, 显然, 在非均匀内压作用下, 高压侧橡胶被挤向低压侧, 最大变形发生在压差作用处。以10MPa内压时为例, 最大变形量由均匀内压作用时的0. 1274 mm增大到0. 5979 mm, 除了压差作用处变形增大外, 定子衬套内轮廓线大部分位置的变形都有不同幅度的增大, 而内轮廓线位移变化幅度也由均匀内压作用时的0.057 mm增大到0.57 mm。压差作用造成定子衬套的变形增大, 严重威胁定转子密封线的密封性能, 而工作状态下衬套内轮廓线的位移大小直接影响双头单螺杆泵的密封性能和过盈量的选取, 因此需要研究压差作用时定子衬套的最大变形量。由于双头单螺杆泵下入井深不同, 定子衬套所受内压也不相同, 必须分析不同压力下, 定子衬套在压差作用时的最大变形量。为此, 研究压差作用与均压作用之间位移峰值的关系, 以便利用式 (4) 求解不同内压下衬套在压差作用时的最大变形量。图12所示为均匀内压和非均匀内压下衬套内轮廓线位移最大值及其差值与内压p的关系, 可以看出, 它们与内压p均为线性关系, 从而可得
1.p=1 MPa 2.p=2 MPa 3.p=3 MPa 4.p=4 MPa5.p=5 MPa 6.p=6 MPa 7.p=7 MPa 8.p=8 MPa9.p=9 MPa 10.p=10 MPa
式中, umax为压差作用时衬套内轮廓线最大位移; uamax为均匀内压作用时衬套内轮廓线最大位移。
因此, 利用式 ( 5) 可以方便地求出双头单螺杆泵定子衬套在压差作用下的最大变形量, 从而为双头单螺杆泵的过盈量选择提供了理论基础, 可保证双头单螺杆泵的密封性能和工作效率。
2. 4 橡胶的可压缩性对定子衬套内轮廓线变形的影响
工程分析中橡胶常被视为体积不可压缩材料, 但严格来说, 橡胶是近似不可压缩材料, 其微小的可压缩性对橡胶结构力学性能的影响不容忽视。本文选取橡胶泊松比 μ 分别为0. 499、0. 495和0. 49, 采用线弹性模型对定子衬套进行计算, 研究橡胶材料泊松比对定子橡胶衬套内轮廓线变形规律的影响。
均匀内压作用下, 泊松比变化对定子衬套内轮廓线位移的影响见图13a, 可以看出, 随着泊松比的减小, 衬套内轮廓线的位移及变化幅度均显著增大, 但位移分布规律没有受到影响, 均呈正弦规律变化; 如图13b所示, 非均匀内压作用下, 泊松比变化对衬套内轮廓线变形的影响与均匀内压时相似, 即只影响衬套内轮廓线变形量, 对变形规律影响较小。橡胶材料泊松比对衬套变形幅度的影响较大, 泊松比数值变化0. 09 时最大可引起双头单螺杆泵定子衬套约1. 5 mm的变形差, 该数值将对定转子过盈量的选取及密封性能提出更高的要求, 也会对双头单螺杆泵的工作效率及使用寿命产生影响。因此, 在加工过程中, 需要严格控制橡胶配方和注胶工艺, 确保橡胶硫化后的力学性能。
3 结论
( 1) 通过对比分析, 论证了定子衬套三维模型和二维模型在均匀工作压力和非均匀工作压力下的应力、应变分布规律及内轮廓线变形规律能够很好地吻合, 因此可以选用二维模型代替三维模型来求解螺杆泵定子衬套在不同压力作用下的变形规律, 从而大幅度提高求解效率。
( 2) 均匀内压作用下, 双头单螺杆泵定子衬套内轮廓线位移呈正弦规律变化, 利用正弦函数拟合出了衬套内轮廓线位移的一般表达式, 公式表明, 内轮廓线位移与内压p成线性关系; 压差作用下, 内轮廓线变形规律发生变化, 变形量及变形幅度均增大, 会对定转子密封线的密封性能产生影响。基于均匀内压下衬套内轮廓线位移的一般表达式推导, 得到了压差作用下定子衬套内轮廓线的最大位移公式, 从而为双头单螺杆泵过盈量的选择提供理论基础, 使定子衬套和转子的配合均匀度更高, 提高螺杆泵的工作效率和使用寿命。
( 3) 橡胶泊松比对定子衬套内轮廓线变形影响极大, 过大的变形将会增加过盈量选取的难度以及威胁定转子密封线的密封性能, 因此, 应该更加重视橡胶配方及其硫化工艺的研究, 本文研究成果给硫化橡胶泊松比与过盈量的选择提供了量化指导作用。
摘要：为研究双头单螺杆泵定子衬套的受力状态及内轮廓线的变形规律, 分析了内压、压差、材料非线性、橡胶泊松比等多种因素对定子衬套应力、应变及内轮廓线变形规律的影响, 并拟合出双头单螺杆泵定子衬套在均匀内压作用下内轮廓线位移的方程式及非均匀内压下内轮廓线最大位移公式。分析结果表明:均匀压力下, 衬套应力、应变呈周期性变化, 内轮廓线位移呈正弦规律变化, 位移与内压成线性关系;压差作用下, 衬套应力、应变最大值向压差作用处转移, 内轮廓线变形规律发生改变, 位移及其变形幅度均增大;衬套橡胶泊松比微小的变化即会对衬套变形产生非常大的影响。因此, 实际生产中应注意注胶工艺及泊松比的变化。研究结果为定子、转子过盈量的选取及线型的优化设计提供了理论基础, 对提高双头单螺杆泵工作效率和使用寿命具有重要工程实际意义。
外墙螺杆眼封堵方案 第5篇
一、工程概况
地下2层，地上33层，结构形式为框架剪力墙结构，标准层层高2.9m。本工程外墙螺杆孔采用遇水膨胀橡胶堵头和膨胀砂浆进行封堵。
二、施工准备
1、螺杆孔封堵前，将孔内及孔眼周边垃圾清理干净，并洒水湿润孔眼；
2、将遇水膨胀橡胶堵头敲入螺杆孔中部；
3、配制膨胀砂浆，用于孔眼内进行补偿收缩并防止外墙渗漏。
三、施工工序
清理螺栓孔内杂物→冲洗润湿→塞入遇水膨胀橡胶堵头→配置并灌注膨胀砂浆→边塞并捣实→养护
四、材料要求与施工重点事项
1、材料要求：
1）水泥必须采用普通硅酸盐水泥，其强度等级不得低于32.5级，禁止采用矿渣水泥；
2）不得使用过期或受潮结块水泥；禁止将不同品种或强度等级的水泥混用； 3）砂采用中砂，粒径3mm以下，含泥量不得大于1%，使用前必须过3~5mm孔径的筛，不允许使用抹灰用的细砂；
4）膨胀剂的外观应无颗粒、异物、凝固物，技术性能应符合国家或行业标准一等品及以上的质量要求；
5）水泥砂浆配合比为1：3，其中膨胀剂掺量代换水泥量一般为水泥用量的10%～12％。
2、施工重点：
1）将螺杆孔内及孔眼周边垃圾清理干净，并洒水湿润孔眼；
2）堵塞孔眼时，将遇水膨胀橡胶堵头小面朝内从外墙迎水面塞入至墙中，然后在外墙外侧用1：3水泥砂浆由螺杆孔里口向外塞嵌密实；
3）隔天，从外墙内侧用1：3水泥砂浆补嵌密实，并边塞边用钢筋往洞内捣实，直到洞内砂浆填满，外侧补成圆饼状并凸出墙面2mm；
4）砂浆需集中搅拌，禁止直接在楼层上搅拌；
5）堵塞前，孔内垃圾清理完成并撒水湿润孔内并塞入遇水膨胀橡胶堵头后，需经项目部质检员验收合格后，方可进行砂浆填充；
6）质检员过程跟踪检查填充质量，发现填充不合格处，及时下发整改通知单，并进行上报；
7）结构内墙螺杆孔洞处理同外墙，不塞遇水膨胀橡胶堵头，直接填补1:3水泥砂浆。操作时，等先封堵的一头砂浆凝固后方可封堵另一头。
外墙螺杆孔封堵大样
五、安全文明及其他
1、施工操作时应保护已做完的工程项目，防止碰撞造成未凝固前表面损伤；
2、墙外操作人员注意需穿防滑鞋、系安全带；
3、墙内操作人员及时清理掉下的砂浆，并充分利用，当天砂浆当天施工完成，不得使用隔夜砂浆；
浅谈螺杆泵工作特性的影响因素 第6篇
关键词：螺杆泵；特性；影响
1.系统组成与泵的结构及工作原理
螺杆泵采油系统主要由驱动装置，井口装置，井下螺杆泵以及中间油管组成。以地面驱动螺杆泵应用最为广泛。工作时由地面动力带动抽油杆旋转，连接于抽油杆底端的螺杆泵转子一起转动，井液经螺杆泵下端吸入，由上端排出，并从井管流出井口，再通过地面管线输送到计量站。
螺杆泵是由定子和转子组成的，转子是通过精加工，表面镀铬的高强度螺杆；定子就是泵筒，是由一个坚固、耐油、抗腐蚀的合成橡胶精磨成形，然后被永久地粘接在钢壳体内而成。除单螺杆泵外，还有多螺杆泵，即：双螺杆、三螺杆、五螺杆泵等。主要用于输送油品。螺杆式压缩机汽缸内装有一对互相啮合的螺旋形阴阳转子，两转子都有几个凹形齿，两者互相反向旋转。转子之间和机壳与转子之间的间隙仅为5~10丝，主转子（又称阳转子或凸转子），通过由发动机或电动机驱动(多数为电动机驱动)，另一转子（又称阴转子或凹转子）是由主转子通过喷油形成的油膜进行驱动，或由主转子端和凹转子端的同步齿轮驱动。
螺杆泵是靠空腔排油，即转子与定子之间形成的一个个互不联通的封闭腔室，当转子转动时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移。封闭腔在排出端消失，空腔内的原油也就随之由吸入端均匀地挤到排出端。同时又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入，这样，封闭空腔不断地形成、运移和消失，原油不断地吸入，通过油管举升到井口。
2.螺杆泵工作特性的影响因素
影响螺杆泵工作特性的因素很多，其中定子与转子间的过盈量以及转子的转速，这两个是主要因素。
2.1过盈量的影响
螺杆泵的工作原理决定了要保证一定的泵效，就必须使定子、转子表面的接触线保持充分密封，而密封的程度取决于转子与定子间的过盈量。因此，过盈量的大小直接影响泵效的高低。
不同过盈量下容积效率的差别很大，因而将严重影响泵的系统效率。一方面，过盈量大可获得较高的泵效，但是抽油杆的扭矩增加，容易出现油管、抽油杆断脱现象，并且定子橡胶磨损加剧，影响泵的寿命；另一方面，过盈量小虽然不易出现上述问题，但是泵的容积效率过低，将降低泵的系统效率。因此，要对泵过盈量进行合理选择。所谓合理的过盈量，就是在能够保证一定的举升压力和容积效率条件下的过盈值。
2.2转子转速的影响
转子的转速决定了螺杆泵的排量。在油井产能允许的情况下，转子的转速越高，排量就越大。但是，转速越高，抽油杆的离心力也越大，抽油杆的弯曲振动就越严重，抽油杆接箍与油管内壁的摩擦力也就随之增大，同时，举升高度也将因沿程损失的增加和定子橡胶磨损的加速而下降。因此，转子的转速不易过高，一般应小于每分钟五百转为宜。
除了上述两个因素之外，还应注意介质粘度的影响。由于螺杆泵在实际应用中以举升原油而且常常用于举升稠油，因此，泵在举升过程中的工作特性与举升清水时的工作特性将会有很大差别。一方面，粘度增加使得漏失量减小有利于提高泵的容积效率和系统效率；另一方面，粘度的增加将使流动阻力增大而降低泵的充满程度和举升高度，泵的容积和系统效率也随之降低，同时，泵的摩擦增大将增加阻力扭矩。因此，在实际应用中应充分注意粘度的影响。
3.螺杆泵的选择
螺杆泵的选择，首先应根据油井的产能确定出油井的产量，并确定所用螺杆泵的排量；其次是根据泵的工作特性确定在保证该排量下泵的举升高度大小，并根据油井条件计算出所需泵的级数，同时还要根据需要以及油井的实际条件确定合理的过盈量；最后，根据负载大小选择抽油杆的材料与规格，电动机以及其它附属部件。
3.1转子转数的确定
地面驱动单螺杆泵转速的确定受多种因素的影响，首先要考虑的是介质的粘度，腐蚀条件和定子橡胶的疲劳强度。介质的粘度将影响泵的充满系数。当泵旋转时，在泵吸入口处空枪容积逐渐变大，这时，只要有一定的压差液体便可迅速充满空腔。当液体粘度较大时，其流动性变差，使得充满系数降低，从而降低泵的容积效率，并且随着液体粘度的增加，这种影响程度增大，在高含沙油井中，泵的寿命取决于定子橡胶的疲劳强度。由于定子和转子间有一定的过盈量，转子在定子内旋转时定子橡胶将受到周期性的压缩，从而产生摩擦面的温升和疲劳。摩擦面的温升往往可达到比介质温度高几十度，加速了橡胶分子链的重新组合，使弹性膜数减小，从而降低疲劳特性及金属和橡胶接合面上粘结剂的强度。这个温升值和压缩疲劳随转速的增加而增大，因此，在实际应用中要合理地选择转速以保证泵的寿命。
3.2合理过盈量的确定
为使螺杆泵具有容积泵的特点，就必须使定子、转子间的空腔保持良好的密封性，即必须有一定的过盈值。而过盈值受如下因素制约：受加工工艺技术的限制，不能保证定子和转子具有理想的几何形状；定子橡胶是弹性体，在一定的压差下会发生弹性变形和漏失；由于转子在运转时会产生惯性力和液压径向力，这两个力的合力将使转子在合力的方向上压缩定子橡胶而产生位移，从而使定子、转子间的另一侧产生间隙。
螺杆泵在井下工作时，其总的过盈量是由初始过盈量、热膨胀产生的过盈量以及由于侵油溶胀而产生的过盈量三部分组成。总的过盈量可根据泵和油井条件估算，也可由试验来确定。这样，便可确定出初始过盈量，从而可为设计制造提供依据。
目前，螺杆泵的单极工作压差主要是靠定、转子间的过盈量来实现的。过盈量越大，单极工作压差就越大，转子扭矩也越大；过盈量过小，单极工作压差就小，满足不了油井举升的需要。因此，定、转子间的过盈量存在一个合理值。对于过盈量的确定，必须在掌握定子橡胶的物理特性，特别是橡胶的热膨胀和溶胀性能的基础上，才能实现过盈量确定的合理性。
参考文献
[1]熊则男，乔宗亮.回转式压缩机与泵[M]北京：机械工业出版社.1995
单螺杆泵 第7篇
1 单螺杆泵的国内外发展概况
1.1 单螺杆泵发展现状
1930年,法国人Rene Moineau发明单螺杆泵原理,经过80多年的发展,国外单螺杆泵的主要制造厂商有:法国PCM;德国Netzsch,Flux,Seepx,Leistritz,Jessberger,Allweiler,Bornemann,Kiesel;美国Colfax,Robins&Myers,Finishthompsoninc;英国Mono,AG;捷克SIGMA等。其中,德国Bornemann、捷克SIGMA的单螺杆泵和双螺杆泵制造技术在20世纪80年代后被引进中国,德国Netzsch、法国PCM、美国Colfax等也在中国设立独资企业,以生产螺杆泵为主。截止目前,随着国家重大项目的新建,由上述各公司生产的螺杆泵进口到国内各行各业并大量使用,同时各公司也在中国设立代理商和服务商直接销售进口产品。
目前,中国制造螺杆泵的主要厂商约50家,产品包括单螺杆泵、双螺杆泵和三螺杆泵等,主要分为国产技术和引进技术两类,与国外产品相比,品种、规格都不能满足国民经济发展的需求。
1.2 单螺杆泵分类及特点
单螺杆泵主要由定子(衬套)、转子(螺杆)、泵体、传动轴、减速器、电机等部件组成。根据流量参数和使用场合可分为以下三类。
1)小型便携型(又称插桶泵)。插桶泵主要技术性能参数:压力0.3~1.2 MPa,流量1.2~3 m3/h,电机功率0.2~1.1 k W,泵体管小于d 54 mm,泵体管长度700~1 200 mm。适用介质种类为中性或腐蚀性液体、洁净或耐磨性液体、非流动性黏稠液、含纤维和含固体液体、气相或易产生气泡液体,黏度不超过8 Pa·s(见图1)。
与双螺杆泵和三螺杆泵相比,插桶泵的优点在于:结构紧凑、重量轻、可手提操作使用、适用介质范围广,分电动和气动两种驱动方式,气动单螺杆泵特别适合于防爆使用。
目前,国内使用较多的是进口插桶泵,国产的插桶泵产品结构全部是离心叶轮式泵,只能抽吸低黏度的液体介质,单螺杆结构型式的插桶泵目前尚属空白。
2)通用型(国产G型、GS型、E型、国外产品)。该产品主要技术性能参数为:压力0.3~2.4MPa,最小流量为3 m3/h,最大流量:国产300 m3/h,国外500 m3/h,适用介质与第一种类型相同。
目前,国内使用的产品分独资产品和国产产品两类。该类产品广泛应用于油气输送、腐蚀性介质输送等场合,在矿浆(洗选矿浆和尾矿浆)和污水(生活或农田灌溉)抽放场合使用效果最佳。
3)专用型(电潜螺杆泵、船用螺杆泵等)。目前,国外电潜螺杆泵品扬程最大达2 500 m以上,流量达到300 m3/d,主要用于石油开采输送油气共相的原油;低噪声的螺杆泵产品适用于船舶工业。
2 螺杆泵工作原理分析及设计计算
2.1 工作原理分析
螺杆泵是摆线内啮合螺旋齿轮副的应用。螺杆泵的转子、定子是利用摆线的多等效动点效应,在空间形成封闭腔室,当转子和定子做相对转动时,封闭腔室做轴向移动,使其中的液体沿轴线从一端移向另一端,实现机械能和液体能的相互转化,从而完成液体举升(输送)。单螺杆泵转子的任一截面都是半径为R的圆,每一截面中心相对整个转子的中心位移一个偏心距(e),转子的螺距为t,螺杆表面是正弦曲线绕中心的轴线转动,并沿着轴线移动形成的。
定子内表面是双线螺旋面,其导程为转子螺距的2倍。每一断面内轮廓是由两个半径为R(等于转子截面圆的半径)的半圆和两个直线段组成的。直线段长度等于两个半圆的中心距4e。
螺杆泵结构上运动部件少,没有阀件和复杂的流道,转子在定子中的运动带有滚动和滑动性质,使液体中的颗粒不易沉积,同时保证转子、定子间容积均匀变化而产生的抽吸、推挤作用使液体输送效果良好。因此,螺杆泵与其他型式的容积泵相比,流量均匀、液体扰动小、压力脉动小、可自吸、噪音低、效率高、寿命长、工作可靠,可输送高黏度液体、气液两相混合物、液固两相混合物、含纤维和固体物的介质。
2.2 螺杆泵流量计算
螺杆泵的理论流量由下式确定
式中,Q为螺杆泵理论流量,m3/min;e为转子的偏心距,mm;D为转子截圆直径,mm,D=2R;T为定子导程,mm,T=2t;n为转子的转速,r/min。
螺杆泵的实际流量为
式中,ηv为螺杆泵的容积效率,%。
对于转子-定子副有过盈时,ηv=0.80~0.85;有间隙时ηv=0.70。
T/D与T/e取值范围如下:20≤T/e≤35,1.5≤T/D≤3.5。
2.3 螺杆泵定子、转子间的过盈量
螺杆泵的定子-转子间的过盈量决定螺杆泵的工作压力和性能稳定,过盈量越大,转子摩擦扭矩越大;过盈越小,工作压差越小,满足不了压力的需要。过盈量的选择应根据定子材料的热胀、溶胀性能来选择。据试验数据表明,选用聚四氟乙烯作定子时,初始过盈δ0的取值满足下列范围比较合理,即
2.4 螺杆泵结构设计计算
介质为NGLI2号润滑脂,流量为3 m3/h;压力为0.8 MPa;转速为343 r/min;电机功率0.7 k W;结构型式为:电机与减速机通过弹性联轴器直联、减速机与传动轴直联、传动轴与转子直联。通过式(1)、式(2),取ηv=0.80,T/e=27,T/D=2,得到d=22 mm,D=30 mm,e=4 mm,T=50 mm。
结构设计:转子材料为316Ti;定子材料为聚四氟乙烯;电机选用高速整流电机(进口);减速器为速比1∶16星型减速器;泵体管为d 54 mm。
3 结束语
在试制过程中,通过对不同黏度的介质进行反复试验,表明单螺杆泵对输送介质的清洁、含颗粒杂质、腐蚀性的要求远远优于其他结构泵,在压力下输送含纤维状介质或固体颗粒,颗粒比例不超过60%,颗粒直径不超过2倍偏心距的介质,其他泵都不能使用。在试验中,笔者选用一台单螺杆泵在室温条件下,抽完一桶装有208 L的NLGI2号润滑脂,全部抽空仅用10 min。
综上所述,在单螺杆泵制造和使用方面,国内大都注重大流量规格的产品,小流量用于桶装介质输送的单螺杆泵虽然刚刚起步,尤其是桶用单螺杆泵用的变频电机、高速整流电机、低噪声减速器、传动轴加工及密封都是今后几年研究发展方向。同时,单螺杆泵的进一步推广使用,对节能环保、降低消耗有着巨大的推动作用。
摘要：单螺杆泵在抽取高黏度介质方面有独到的效果,通过产品的设计试验,总结出用聚四氟乙烯作定子材料的经验,并展望了今后产品的研究方向,该研究对桶装物料的输送有良好的推广价值。
单螺杆泵 第8篇
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——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:定子是由丁腈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。
可见, 单螺杆泵是一种容积式泵, 它运动部件少, 没有阀件和复杂的流道, 油流扰动小, 排量均匀。由于钢体转子在定子橡胶衬套内表面运动带有滚动和滑动的性质, 使油液中砂粒不易沉积, 同时转子——定子间容积均匀变化而产生的抽吸、推挤作用使油气混输效果良好, 所以, 单螺杆泵在输送高粘度、高含砂和含气量较大的原油时, 同其它机泵相比具有独特性。
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。按波意耳-马略特定律, 此时吸入腔的压力Ps就降低到
式中:
P's——螺旋凹槽打开前吸入腔内的压力。
也就是说, 由于螺杆的旋转, 吸入腔内形成了真空, 使介质自由表面的压力和吸入腔内的压力Ps之间产生了压差。介质在泵进口端自由表面压力的作用下, 进入形成真空的吸入腔, 继而充满了螺杆衬套孔内由螺杆螺旋面相互啮合所构成的螺旋凹槽, 即进入了在吸入腔一端已打开了密封腔之中。然后, 随着螺杆的旋转, 打开了密封腔被相啮合螺杆的螺旋凸出部分所关闭, 进入了将吸入腔和排出腔有效的隔开密封腔内的介质, 就沿着螺杆轴线向排出腔移动, 直排至泵外。
3 现场应用
新疆油田公司采油二厂西油区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--20℃时, 平均运动粘度在400~1000mm Z/s范围内, 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, 该区队又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 由它的结构和原理可以看出
(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-10℃~100℃ (特殊泵可达成150℃) , 最高粘度150000MPA.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的重点检查内容
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入轴承润滑机油, 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35℃, 最高温度不得超过80℃!
(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 结语
螺杆泵用于油田发展已近二十几年的事情。它是为原油开采而研究设计的, 并且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。
摘要：单螺杆泵在油田地面工程技术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、排量和扬程等因素, 都直接关系到螺杆泵的工作效率。
螺杆泵故障诊断分析 第9篇
常见的螺杆泵故障有泵体剧烈振动并产生大噪音, 传动轴或电机轴承过热, 螺杆泵不出油, 抽油杆拖断和泵失效等。宏观方面螺杆泵故障可分为动力性能故障和机械性能故障。
2 特征信号确定
根据螺杆泵结构原理和工艺参数, 确定故障诊断信息。由于螺杆泵是螺杆转子相对定子做偏心旋转运动, 这些振动信号在传输路上又受到传输通道特性的影响, 当他们混杂在一起被传感器转换成波形曲线时, 呈现出混乱无规律的状态, 因此需要提炼故障特征信号。
3 构建螺杆泵故障诊断专家系统知识库模型
在构建故障诊断专家系统时, 结合现场专家经验和维修历史数据, 专家知识最终要用计算机语言编写到诊断系统中, 为了使知识的表示有利于计算机语言编写, 将故障机理分析和故障树中的知识用一定规则整理出来。这样只需要搜索故障诊断知识库中的“故障表象”, 就能找到与其所对应的“故障类型”, “故障原因”和“处理意见”。
4 使用VB语言编写螺杆泵故障诊断专家系统
(1) 数据提取过程中, 运用RT9240采集器进行数据采集, 通过带通滤波和包络处理, 首先输入信号的特征值进行数据计算并分析故障。
(2) 结果分析
由均值平均值整体下降说明在螺杆泵发生压塑面型, 方差减小说明裂纹在定子上分布均匀, 峭度和偏斜度说明比较后则说明定子因压力大产生的变形不是很严重结果合理, 达到预定效果。
在进行特征参数提取时, 运用RT9120采集器分别对螺杆泵进行数据采集, 如扭矩、压力、温度等等。对时域振动信号进行带通滤波和包络处理。结合螺杆泵设计参数, 对比分析振动信号图提取特征参数。然后将特征参数分别输入到螺杆泵录入界面, 导入到故障诊断专家系统主界面, 进行推理计算, 保存结果等。故障实例诊断时, 分别在测试螺杆泵故障, 测试结果和现场专家结论吻合, 证明螺杆泵故障诊断专家系统准确性高, 具有很高的可靠性
摘要：螺杆泵在井底下由于工作环境恶劣, 会产生各种各样的故障。这就使得我们对螺杆泵机械故障产生的机理、信号特征提取、装置的开发与研究等各个方面不断的改进和创新。本文就是针对螺杆泵的状态检测及故障诊断进行分析。使用VB语言编写螺杆泵故障诊断专家系统, 结合现场维修工程师知识经验和充足的历史故障数据训练知识库, 提高诊断的可靠性和准确性。
关键词：螺杆泵,故障诊断,专家系统
参考文献
[1]宫俊峰.地面驱动螺杆泵井优化设计及工况诊断系统[J].石油机械, 2005, 33 (7) :21-22
[2]朱君, 高宇, 叶鑫锐.基于BP神经网络的螺杆泵井故障诊断方法[J].石油机械, 2008, 36 (1) :42-44
[3]任伟建, 刘铁男, 赵永玲等.小波变换基神经网络故障诊断系统及其应用[J].系统仿真学报, 2005, 17 (4) :844-846
螺杆泵采油技术探析 第10篇
1 螺杆泵采油技术机理
螺杆泵采油技术的增产机理是地层原油在螺杆泵的动力作用下由井底流动到井口, 达到油气资源开采的目的。螺杆泵的两个主要结构是转子和定子。转子是一种带有螺旋装置的轴, 定子是一种内部带有螺旋槽的筒。螺杆泵工作时, 螺杆泵的转子在定子内旋转起来, 不同的时刻螺杆泵的转子处在不同的位置, 转子与定子之间截面的大小也会发生变化, 这就导致转子与定子之间会形成密封腔, 流体会在压力作用下进入到第一个密封腔里面, 且随着转子的不断旋转, 位于密封腔内的流体会不断的被向前推动, 最终从螺杆泵的井口终端被采出, 达到采油的目的, 这样螺杆泵的往复吸入和排出的循环就完成了原油的采出过程。相比于其他众多的常规的采油技术螺杆泵采油技术具有其独特的优势, 第一是在整个螺杆泵采油的过程中, 螺杆泵内的流量基本保持稳定, 不会由于其他参数的变化而变化。第二是螺杆泵的主要构件是转子和定子, 并没有任何阀门, 这样随着工作年限的增加也不会出现阀门损坏影响螺杆泵寿命的情况。第三点是当采出的原油中含有气体时也不会发生气蚀现象。综上所述, 螺杆泵采油装置简单操作方便且工作状态稳定, 采油效率较高, 便于维修。
2 螺杆泵采油技术研究状况
螺杆泵自问世以来已经成功的在国内外各大油田取得了不同程度的应用, 就我国目前螺杆泵采油技术而言主要有如下几种配套工艺:
(1) 配合连续杆的采油工艺。螺杆泵采油技术的应用开始和停止两个瞬间由于井底传递的扭转了很大极易导致螺杆帮的断裂, 所以需要配合使用连续杆工艺来减少螺杆的旋转及振动, 在减少人力物力的同时缩短工作时间。
(2) 直驱式螺杆泵采油工艺。该采油工艺主要是在传统的螺杆泵基础上进行相应的改进, 采用立式空心轴永磁电机直接螺杆泵光杆而将皮带传动的机械部分去掉, 由专用无刷直流控制器进行控制, 可以有效的提高采油效率。目前, 该项技术主要运用在我国的一些岛上。
(3) 高抗扭矩抽油杆配套工艺。该项工艺就是在传统的螺杆泵基础上进行改进的, 主要的特点是能够大幅度的提高抗扭强度和使用寿命, 而且能够在工作的时候产生较大的预紧力有效的防止井下脱口。
(4) 大排量螺杆泵采油工艺。在油气藏开采后期, 大排量螺杆泵的使用能够使后期的采油量保持在相对稳定的状态, 且该项技术能够对噪音有个很好的控制也会节约占地面积。
如上主要阐述了我国螺杆泵目前所取得的一些技术上的成果, 经过这么多年的努力, 我国在采油技术方面虽然取得了不错的成绩, 但是相比于国外先进的采油工艺螺杆泵采油技术还有很多需要改进完善的地方, 首先是对油管的锚定工作需要选用合适的油管锚定才能避免在井下泵作业时对油管产生斜口的作用。然后要研发出高效的防反转驱动装置, 才能有效的避免螺杆泵在井下作业时可能出现的脱扣现象。
3 螺杆泵采油技术发展方向
我国具体实践经验结合国外先进的采油工艺技术与应用效果, 总结出我国螺杆泵采油技术应该在如下方面进一步的加大研究力度:
(1) 系统安全性的提高
要是螺杆泵容积效率较小, 橡胶膨胀时候回使得螺杆泵运转的摩擦力增加, 这必然增加定子的磨损导致螺杆泵的损坏。因此, 在螺杆泵采油系统安全方面应该加大研究力度;
(2) 系统的智能化运行
通过采用高分辨的传感器, 根据负荷变化制定相应的生产运行时间可以实现系统抽油的智能化操作, 从而在提高采收率的同时能够减少人力物力的投入, 对于油田综合管理水平能有很大的提升。因此, 应该加大系统智能化运行的研究力度, 使采油技术的发展更上一个台阶。
(3) 螺杆泵应用管理系统的建立。制定螺杆泵应用管理系统能够实现螺杆泵采油工艺的大规模推广, 达到采收效率降低能耗, 充分发挥螺杆泵采油工艺的工艺特色。
4 结语
本文通过对螺杆泵采油机理的分析与评价, 得出螺杆泵采油适合于稠油出砂油田, 且具有开采成本低经济效益好的优势。但是我国在该项技术的研究方面起步较晚, 还需要不断的学习国外的先进经验, 结合我国具体的实践经验, 研发出高技术水准高管理水平的螺杆泵采油工艺, 保证了油井的正常高效生产。
摘要：目前, 随着国家原油价格的不断下跌, 减少开采成本成了各大石油公司首要考虑的问题。近年来随着专家对采油技术的不断研究研发出了螺杆泵采油技术, 该技术的成功应用能够大大的减少投入成本, 且装置操作简单性能比较稳定, 被越来越多的油田所使用。本文通过大量的调研阐述了螺杆泵的采油机理, 并针对我国目前螺杆泵采油技术的不足指出了未来的发展方向, 对于我国采油工艺的发展具有一定的指导意义。
关键词：螺杆泵,采油,探析,指导
参考文献
[1]何生厚, 张琪主油气开采工程[M].北京:中国石化出版社, 2000.
[2]大庆油田采油工程研究院.螺杆泵采油技术培训教材[R].大庆油田, 2004.
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[4]张霞, 任志臣, 陈洪维等.螺杆泵采油工艺技术现状[J].油气田地面工程, 2007.
拒绝幽门螺杆菌 第11篇
幽门螺杆菌是人类感染率最高的细菌之一，非常顽固，感染率随年龄增加而上升。一旦受感染，若不采用正规方案治疗将终身受累。在我国，幽门螺杆菌感染始于儿童期，而且以每年3%～10%的速度急剧上升，至10岁有40%～60%人受感染。如何拒绝幽门螺杆菌感染已成为迫在眉睫的问题。
生活习惯与幽门螺杆菌感染密切相关，若能改正某些习惯，相信幽门螺杆菌在体内落户的机会能降低不少。
首先，吸烟很可能是危险因素。研究发现，男性吸烟年限长和总吸烟量多的人幽门螺杆菌感染率也高。因此，戒烟必须坚持到底。
其次，喜食酸的食物也是感染幽门螺杆菌的危险因素。一项动物实验从侧面支持这一结果:给小白鼠灌注含幽门螺杆菌的溶液，小白鼠并不感染;但先给小白鼠灌注水杨酸以刺激其胃黏膜，之后再灌注含幽门螺杆菌的溶液，则感染率大增。可见，酸的食物起着破坏胃黏膜屏障的作用，使幽门螺杆菌有可乘之机。所以，应尽量少食酸的食物。
第三，进食方式也是造成幽门螺杆菌感染的途径之一。西非儿童的幽门螺杆菌感染率高，经研究发现这与母亲将食物嚼碎后再喂给幼儿有关。在我国，幽门螺杆菌感染与用筷子共同进餐明显相关。可见，科学的喂养、使用公筷是杜绝幽门螺杆菌感染的有效方法。
此外，喜欢喝含咖啡因饮料的人幽门螺杆菌感染率明显增加，其中女性尤甚。进食腌制食物、饮用河水和生水更是感染幽门螺杆菌的危险因素。从事高耗能体力劳动、长时间工作的人易受幽门螺杆菌感染。
研究发现，重体力劳动时间长的男性，幽门螺杆菌感染的概率增大。因此，必须注意劳逸结合，以增强机体抵抗力。研究还发现防止幽门螺杆菌感染的保护因素。多吃豆类食物可降低幽门螺杆菌感染的危险性。这可能是因为豆类食物中含有抗氧化因子——异黄酮的缘故。国外已证实抗氧化因子（尤其是维生素C）可减少幽门螺杆菌的感染。饮茶也能显著减少感染的危险性，而且饮茶的年限越长，饮茶量越多，则幽门螺杆菌阳性者越少。这可能是茶叶中的抗氧化因子——茶多酚起着关键性作用。此外，经常食用植物油、大蒜也有一定保护作用。
螺杆压缩机螺杆故障分析 第12篇
一、设备基本概况及工作原理
型号:LYZ60/0.8, 介质:瓦斯混合气, 流量:1 800m3/h, 温度:0~100℃, 转速:2 975r/min, 功率:426.4k W, 入口压力:0.02MPa, 出口压力:1.62MPa。该设备工作原理:螺杆压缩机分进气, 压缩和排气三个过程。
二、监测振动值及频谱分析
2013年12月16日该设备机体部分振动值偏大, 为此对其进行了现场监测, 监测数据如下 (振动值mm/s) 。
压缩机阳螺杆传动侧H:7.35, V:8.6, A:4.4, Peakvue:9.6g。
压缩机阳螺杆自由侧H:5.60, V:16.17, A:4.9, Peakvue:6.5g。
压缩机阴螺杆自由侧H:5.09, V:10.41, A:4.2, Peakvue:16.31g。
从监测频谱来看, 压缩机主要振动频率为螺杆啮合频率及其谐波, 外带阴阳螺杆转速边带, 螺杆啮合频率突出。
三、导致螺杆啮合频率偏大的原因
为了验证这一推断, 对压缩机气流进行进一步分析, 螺杆压缩机内气体流动方向如图1所示, 螺杆压缩机具有两个旋转转子 (阳转子与阴转子) 水平且平行地配置在汽缸体内, 支于进排气座的轴承上。在阴、阳螺杆转子上的排气端外侧装有止推轴承。在吸入侧和排出侧的轴承与螺杆转子之间设有轴封装置, 在轴封装置靠近螺杆转子端充入氮气以防止轴承的润滑油漏入汽缸和汽缸内气体向外泄漏。
阴、阳螺杆转子在吸气端外侧均设置有同步齿轮, 来保证阴、阳转子之间、转子外圆与汽缸体之间以及转子端面与汽缸端面之间均保持极小的间隙, 工作时不会摩擦也不需要润滑。为了获得转子之间的间隙最小值, 汽缸内腔喷入适量的凝缩油以控制排气温度, 从而减少功耗及降低噪声。如果螺杆啮合间隙过大, 功耗就增加, 噪声增大, 设备振动随之增大, 由此可以得出该故障是由于螺杆啮合间隙过大所致。
四、解决措施