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影響螺桿泵工作特性的因素
來源:http://www.nayaking.com2017/3/14 23:58:14

影響螺桿泵工作特性的因素

 1.系統組成與的結構及工作原理
  螺桿泵采油系統主要有驅動裝置,井口裝置,井下螺桿泵以及中間油管組成。以地面驅動螺桿泵應用優越為廣泛。工作時由地面動力帶動抽油桿旋轉,連接于抽油桿底端的螺桿轉子一起轉動,井液經螺桿泵下端吸入,由上端排出,并從井管流出井口,再通過地面管線輸送到計量站。
螺桿泵是由定子和轉子組成的,轉子是通過精加工,表面鍍鉻的高強度螺桿;定子就是泵筒,是由一個堅固、耐油、抗腐蝕的合成橡膠精磨成形,然后被永久地粘接在鋼殼體內而成。除單螺桿泵外,還有多螺桿泵,即:雙螺桿、三螺桿、五螺桿泵等。主要用于輸送油品。螺桿式壓縮機汽缸內裝有一對互相嚙合的螺旋形陰陽轉子,兩轉子都有幾個凹形齒,兩者互相反向旋轉。轉子之間和機殼與轉子之間的間隙僅為5~10絲,主轉子(又稱陽轉子或凸轉子),通過由發動機或電動機驅動(多數為電動機驅動),另一轉子(又稱陰轉子或凹轉子)是由主轉子通過噴油形成的油膜進行驅動,或由主轉子端和凹轉子端的同步齒輪驅動。
  螺桿泵是靠空腔排油,即轉子與定子之間形成的一個個互不聯通的封閉腔室,當轉子轉動時,封閉空腔沿軸線方向由吸入端向排出端方向運移。封閉腔在排除端消失,空腔內的原油也就隨之由吸入端均勻地擠到排除端。同時又在吸入端重新形成新的低壓空腔將原油吸入,這樣,封閉空腔不斷地形成,運移和消失,原油不斷地吸入,通過油管舉升到井口。
  2.螺桿泵工作特性的影響因素
  影響螺桿泵工作特性因素很多,其中定子與轉子間的過盈量以及轉子的轉速,這兩個是主要因素。
  2.1過盈量的影響:螺桿泵的工作原理決定了要保證一定的泵效,就必須使定子、轉子表面的接觸線保持充分密封,而密封的程度取決于轉子與定子間的過盈量。因此,過盈量的大小直接影響泵效的高低。
  不同過盈量下容積效率的差別很大,因而將嚴重影響泵的系統效率。一方面,過盈大可獲得較高的泵效,但是抽油桿的扭矩增加,容易出現油管,抽油桿斷脫現象,并且定子橡膠磨損加劇,影響泵的壽命;另一方面,過盈量小雖然不易出現上述問題,但是泵的容積效率過低,將降低泵的系統效率。因此,要對泵過盈量進行合理選擇。所謂合理的過盈量,就是在能夠保證一定的舉升壓力和容積效率條件下的過盈值。
  2.2轉子轉速的影響:轉子的轉速決定了螺桿泵的排量。在油井產能在允許的情況下,轉子的轉速越高,排量就越大。但是,轉速越高,抽油桿的離心力也越大,抽油桿的彎曲振動就越嚴重,抽油桿接箍與油管內壁的摩擦力也就隨之增大,同時,舉升高度也將因沿程損失的增加和定子橡膠磨損的加速而下降。因此,轉子的轉速不易過高,一般應小于每分鐘五百轉為宜。
  除了上述兩個因素之外,還應注意介質粘度的影響。由于螺桿泵在實際應用中以舉升原油而且常常用于舉升稠油,因此,泵在舉升過程中的工作特性與舉升清水時的工作特性將會有很大差別。一方面,粘度增加使得漏失量減小有利于提高泵的容積效率和系統效率;另一方面,粘度的增加將使流動阻力增大而降低泵的充滿程度和舉升高度,泵的容積和系統效率也隨之降低,同時,泵的摩擦增大將增加阻力扭矩。因此,在實際應用中應充分注意粘度的影響。
  3.螺桿泵的選擇
  螺桿泵的選擇,首先應根據油井的產能確定出油井的產量,并確定所用螺桿泵的排量;其次是根據泵的工作特性確定在保證該排量下泵的舉升高度大小,并根據油井條件計算出所需泵的級數,同時還要根據需要以及油井的實際條件確定合理的過盈量;優越后,根據負載大小選擇抽油桿的材料與規格,電動機以及其它附屬部件。下面就一些主要內容作一介紹:
  3.1轉子轉數的確定。地面驅動單螺桿泵轉速的確定受多種因素的影響,首先要考慮的是介質的粘度,腐蝕條件和定子橡膠的疲勞強度。介質的粘度將影響泵的充滿系數。當泵旋轉時,在泵吸入口處空槍容積逐漸變大,這時,只要有一定的壓差液體便可迅速充滿空腔。當液體粘度較大時,其流動性變差,使得充滿系數降低,從而降低泵的容積效率,并且隨著液體粘度的增加,這種影響程度增大,在高含沙油井中,泵的壽命取決于定子橡膠的疲勞強度。由于定子和轉子間有一定的過盈量,轉子在定子內旋轉時定子橡膠將受到周期性的壓縮,從而產生摩擦面的溫升和疲勞。摩擦面的溫升往往可達到比介質溫度高幾十度,加速了橡膠分子鏈的重新組合,使彈性膜數減小,從而降低疲勞特性及金屬和橡膠接合面上粘結劑的強度。這個溫升值和壓縮疲勞隨轉速的增加而增大,因此,在實際應用中要合理地選擇轉速以保證泵的壽命。
  3.2合理過盈量的確定。為使螺桿泵具有容積泵的特點,就必須使定子、轉子間的空腔保持了好的密封性,即必須有一定的過盈值。而過盈值受如下因素制約:1)受加工工藝技術的限制,不能保證定子和轉子具有理想的幾何形狀;2)定子橡膠是彈性體,在一定的壓差下會發生彈性變形和漏失;3)由于轉子在運轉時會產生慣性力和液壓徑向力,這兩個力的合力將使轉子在合力的方向上壓縮定子橡膠而產生位移,從而使定子、轉子間的另一側產生間隙。
  螺桿泵在井下工作時,其總的過盈量是由初始過盈量、熱膨脹產生的過盈量以及由于侵油溶脹而產生的過盈量三部分組成。總的過盈量可根據泵和油井條件估算,也可由試驗來確定。這樣,便可確定出初始過盈量,從而可為設計制造提供依據。
  目前,螺桿泵的單極工作壓差主要靠定、轉子間的過盈量來實現的。過盈量越大,單極工作壓差就越大,轉子扭矩也越大;過盈量過小,單極工作壓差就小,滿足不了油井舉升的需要。因此,定、轉子間的過盈量存在一個合理值。對于過盈量的確定,必須在掌握定子橡膠的物理特性,特別是橡膠的熱膨脹和溶脹性能的基礎上,才能實現過盈量確定的合理性。


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