等壁厚螺桿泵定子對模工藝研究

詹升忠

等壁厚螺桿泵定子對模工藝研究

詹升忠

（大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江大慶163311）①

等壁厚螺桿泵與普通螺桿泵相比系統(tǒng)效率高，使用壽命長，是近年來螺桿泵重點(diǎn)發(fā)展方向之一，定子對模是等壁厚螺桿泵的重要生產(chǎn)工藝。對定子對模工藝進(jìn)行了研究，總結(jié)了幾種故障形式，并對故障原因進(jìn)行分析，找出影響對模工藝的因素；提出了解決措施，有效提高了定子對模工藝水平。

等壁厚螺桿泵；對模工藝；故障形式；影響因素

隨著地面驅(qū)動螺桿泵采油系統(tǒng)的迅速發(fā)展，螺桿泵采油已經(jīng)成為主要的機(jī)采方式之一，在各大油田廣泛應(yīng)用。常規(guī)螺桿泵由于定子橡膠薄厚不均，對泵的壽命、適應(yīng)范圍、工作性能及綜合效益都產(chǎn)生影響，已成為制約其推廣應(yīng)用的重要因素。等壁厚定子螺桿泵具有均勻的橡膠壁厚，能夠很好地改善泵的使用性能，提高系統(tǒng)效率，延長使用壽命［1］。由于其具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，等壁厚螺桿泵近年來被廣泛的研究，定子制造工藝也是目前的研究重點(diǎn)之一。本文以等壁厚螺桿泵定子制造工藝為研究對象，對制造過程中的對模工藝進(jìn)行研究，確定合理的對模工藝，保證等壁厚螺桿泵的制造質(zhì)量。

1　對模工藝的幾種故障形式

等壁厚螺桿泵是由一根螺旋結(jié)構(gòu)的定子管和管內(nèi)壁的橡膠襯套組成，加工過程中，先將模芯固定在定子管內(nèi)壁，保證模芯型線與定子管型線對齊，再將流動狀態(tài)的橡膠注入模芯與定子管之間的環(huán)形空間，加熱使橡膠硫化后脫出模芯，形成均勻橡膠壁厚的結(jié)構(gòu)。

與普通螺桿泵不同，等壁厚螺桿泵定子管是螺旋形結(jié)構(gòu)，要求模芯型線與定子管型線完全吻合。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于定子管直線度、定子管本身的制造誤差以及定位工藝的影響，經(jīng)常出現(xiàn)定子模芯偏心的現(xiàn)象，主要有3種表現(xiàn)形式：①模芯軸線與定子管軸線不重合，稱之為軸線偏差；②模芯端面與定子管端面型線存在一定角度差，稱之為角度偏差；③模芯與定子管既存在軸線偏差，又存在角度偏差，稱之為混合偏差。如圖1所示。

圖1　等壁厚螺桿泵幾種偏心形式

無論哪種偏心形式都會導(dǎo)致等壁厚螺桿泵性能的下降。首先，偏心導(dǎo)致橡膠層的薄厚不均，溶脹及溫脹不一樣，螺桿泵內(nèi)腔型線變化，密封性能降低，失去等壁厚螺桿泵的技術(shù)優(yōu)勢。其次，由于偏心，部分地方橡膠的厚度過薄，太薄的橡膠厚度使其彈性變形能力差，容易產(chǎn)生橡膠疲勞老化［2］，甚至橡膠損壞。部分偏心還容易造成定子內(nèi)腔型線直線度不好，出現(xiàn)型線彎曲，轉(zhuǎn)子在彎曲的內(nèi)腔型線內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，扭矩會大幅增加，增加的轉(zhuǎn)矩作用在定子橡膠上，會加速定子橡膠的損壞。

2　影響對模工藝的幾個因素

2．1 鉆孔工藝

為了保證模芯型線與定子管型線的吻合，防止注膠過程中注膠壓力不均對模芯的影響［3］，通常都需要在定子管上設(shè)置一些定位孔，定位孔數(shù)量依據(jù)定子管長度和注膠方式而定。以普通單頭等壁厚螺桿泵為例，定位孔通常設(shè)置在定子管某一截面的高點(diǎn)和低點(diǎn)，定位方式以定位螺栓為主，如圖2所示。

圖2　等壁厚螺桿泵定位

生產(chǎn)過程中，需要先在距離端面一定距離的截面上找到高點(diǎn)和低點(diǎn)，并打上標(biāo)記，后由鉆床進(jìn)行鉆孔及攻絲。由于等壁厚螺桿泵的螺旋形外表面，使得其高點(diǎn)和低點(diǎn)不易準(zhǔn)確找到，出現(xiàn)鉆孔偏差。在模芯定位時，定位孔會正對模芯的高點(diǎn)，這就會導(dǎo)致模芯與定子管出現(xiàn)角度偏差，如圖3所示。

圖3　鉆孔偏差對偏心定位的影響

2．2 定子管導(dǎo)程誤差

定子管是由油管擠壓成型的，由于受加工設(shè)備及應(yīng)力變形的影響，定子管的加工精度較低，經(jīng)常出現(xiàn)一定的導(dǎo)程誤差［4］。模芯是通過數(shù)控螺旋銑床加工出來的，加工精度遠(yuǎn)高于定子管，這就會出現(xiàn)定子管與模芯導(dǎo)程不一致的問題。在模芯定位過程中，通常先以一個截面來進(jìn)行定位，使模芯型線與定子管型線一致，再從其他定位孔進(jìn)行校對和微調(diào)。理論上如果模芯與定子管導(dǎo)程相同，同一截面的模芯型線與定子管型線一致，其他截面都應(yīng)該一致，不會出現(xiàn)角度偏差。但是，由于定子管的導(dǎo)程誤差，使模芯與定子管導(dǎo)程存在差異，某一截面的模芯與定子管型線一致，其它截面就會存在角度偏差，導(dǎo)程差異越大，截面上的角度偏差就越大，當(dāng)導(dǎo)程誤差大到一定程度后，模芯將無法穿進(jìn)定子管。

2．3 直線度的影響

定子管在擠壓成型以及以后的應(yīng)力回彈過程中，會產(chǎn)生彎曲變形，如果不進(jìn)行校直，會對模芯的定位產(chǎn)生影響。在模芯定位過程中，彎曲部位的定子管中心線與模芯中心線不一致，截面上的模芯中心與定子管中心不重合，出現(xiàn)軸線偏差，偏差嚴(yán)重時，模芯的外表面會緊貼定子管內(nèi)壁，這會對螺桿泵的制造質(zhì)量有很大影響。因此，用來生產(chǎn)等壁厚螺桿泵的定子管都需要進(jìn)行直線度檢測，一般要求其直線度偏差不超過千分之一，對于不滿足要求的定子管，需要進(jìn)行校直，一般在專用校直機(jī)或?qū)Ｓ闷脚_上進(jìn)行。

2．4 模芯定位的影響

等壁厚螺桿泵模芯定位都是在定位孔處通過目測觀察模芯的高點(diǎn)，保證模芯高點(diǎn)型線正好通過定子管高點(diǎn)處的定位孔。同時調(diào)節(jié)固定長度的定位螺栓，用卡尺測量外露部分的長度，保證定位長度一致，實(shí)現(xiàn)模芯與定子管的定位。實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于工人的技術(shù)熟練程度不同，經(jīng)常會出現(xiàn)高點(diǎn)找不準(zhǔn)，定位長度測量不準(zhǔn)等問題，這也導(dǎo)致了模芯與定子管型線的偏差，而且這種偏差多以混合偏差為主，影響等壁厚螺桿泵的定位準(zhǔn)確性。

3　減少模芯偏心的措施

3．1 加強(qiáng)定子管導(dǎo)程檢測

由于定子管導(dǎo)程誤差對模芯定位有較大的影響，加強(qiáng)定子管導(dǎo)程檢測對提高對模水平具有重要作用。等壁厚定子管特殊的螺旋形結(jié)構(gòu)使得導(dǎo)程檢測手段非常有限，目前使用的主要有機(jī)械測量法和激光掃描測量法［5］。機(jī)械測量法是使用兩個帶有相同弧形表面的測量頭，讓測量頭分別與定子管待測導(dǎo)程內(nèi)的弧面接觸，由于側(cè)量頭的弧度大于定子管弧面的弧度，測量頭相對定子管位置固定，通過測量兩個測量頭之間的距離，就可以測出定子管的一個或多個導(dǎo)程，其測量原理如圖4所示。激光掃描測量依靠安裝在關(guān)節(jié)臂測量機(jī)上的激光掃描測頭，測量出定子管的三維視圖，應(yīng)用專用軟件將三維視圖與標(biāo)準(zhǔn)三維模型進(jìn)行比對，確定測量值與模型之間的差異。

圖4　機(jī)械測量法原理

3．2 用專用鉆模加工定位孔

設(shè)計(jì)制造專用鉆模加工等壁厚螺桿泵定子管的定位螺栓孔，可以提高定位孔的加工精度，有效避免定位螺栓孔加工誤差對對模工藝的影響。鉆模分上模和下模，內(nèi)壁具有和定子管外表面一樣的螺旋型線，通過合模螺栓將其固定在定子管的合適位置，鉆模上通過機(jī)床加工出來的鉆?？卓梢詼?zhǔn)確地確定需要鉆孔的位置，鉆頭通過鉆?？走M(jìn)行鉆孔，保證了加工精度。圖5是一種等壁厚螺桿泵定子管鉆模的三維示意圖，可以看出其結(jié)構(gòu)組成。

圖5　等壁厚螺桿泵定子管鉆模

3．3 優(yōu)化模芯定位工藝流程

由于等壁厚定子管與模芯存在導(dǎo)程差異，在差異無法完全消除的條件下，可以通過優(yōu)化模芯定位流程來提高定位精度。在模芯定位時，如果從定子管某一端沿軸線依次向另一端進(jìn)行定位，在定位末端會出現(xiàn)偏差累積，導(dǎo)致定子一端定位準(zhǔn)確，而另一端存在較大偏差。從中間向兩端進(jìn)行定位，并在兩端根據(jù)定位情況進(jìn)行微調(diào)，使定子管與模芯的導(dǎo)程差異分散于整根定子管，降低導(dǎo)程差異對模芯定位的影響。

4　結(jié)語

以上措施經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)的驗(yàn)證，可以有效解決等壁厚螺桿泵對模工藝中的偏心現(xiàn)象，對提高等壁厚螺桿泵的制造水平，提高現(xiàn)場的應(yīng)用效果具有重要的意義。

［1］ 何艷，姜海峰，孫延安，等．壁厚定子螺桿泵研究及應(yīng)用前景探討［J］．石油機(jī)械，2003，31（2）：4-5．

［2］ 蓋偉濤．螺桿泵定子橡膠動態(tài)疲勞性能評價新方法［J］．石油礦場機(jī)械，2013，42（11）：9-12．

［3］ 張彤．螺桿泵橡膠定子注模過程流態(tài)及影響因素分析［D］．沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2014．

［4］ 楊威．光滑廓形內(nèi)螺旋曲面加工方法研究與誤差分析［D］．沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2011．

［5］ 郝榮明，王鑫，蘇山林，等．等壁厚螺桿鉆具橡膠襯套設(shè)計(jì)分析和試驗(yàn)［J］．石油礦場機(jī)械，2013，42（5）：68-72．

Study onmoldmatching Process of Uniform Thickness PC Pum p Stator

ZHAN Shengzhong
（Daqing Oilfield Powerlift Pump Industry Co．，Ltd．，Daqing163311，China）

Comparing with ordinary P C pump system uniform thickness P C pump with high efficiency，long service life is one of the key development directions of P C pump in recent years．Themoldmatching process is an im portantmanufacturing process of uniform thickness P C pump，this article，themoldmatching process is studied，several failuremodes is summarized，the causes of failure is analyzed，and severalfactors affecting themoldmatching process is found out．Combined with practices，solutions are put forward，w hich im prove the level ofmoldmatching process of stator effectively．

uniform thickness P C pump；m oldmatching process；failuremode；influence factor

TE933．3

B

10．3969／j．issn．10013842．2015．03．017

10013482（2015）03007203

①2014-09-29

詹升忠（1982-），男，湖北隨州人，工程師，2004年畢業(yè)于湖北大學(xué)，主要從事采油螺桿泵設(shè)計(jì)與開發(fā)，Email：zhanshzh＠cnpc．com．cn。