影響螺桿泵密封性能的因素分析

李偉明

（大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163000）

在油田當(dāng)中，螺桿泵因為有著占地面積較小、產(chǎn)生的噪音較小和節(jié)能等優(yōu)勢通常被首選為舉升設(shè)備，其投資成本低、對環(huán)境資源破壞較小，是油田經(jīng)濟開發(fā)實現(xiàn)良好采油的關(guān)鍵手段。但是其使用的范圍只能是井深比較淺的油氣井中，一般井深不能超過2000米，一旦超過深度，螺桿泵的優(yōu)勢就不能很好的發(fā)揮出來，其中密封性能是影響螺桿泵舉升能力的關(guān)鍵因素，是目前最需要解決的問題。

1 螺桿泵概念及工作原理

1.1 螺桿泵概念

我國市場上目前螺桿泵的種類有很多，主要根據(jù)螺桿的數(shù)目不同進行分類，一般我們使用的螺桿數(shù)目不會大于3個，螺桿泵指的是泵自身與螺桿通過嚙合運動從而實現(xiàn)提高油壓進行輸油的泵。

1.2 螺桿泵特點

目前我國螺桿泵的發(fā)展速度越來越快，因為有著自身的多種優(yōu)點所以被廣泛的應(yīng)用，螺桿泵的主要優(yōu)點有以下幾個方面：（1）因為螺桿泵輸油使油體均勻的在管道內(nèi)運動，降低了管道損害的程度。（2）我國石油資源目前在不同地區(qū)開采的原油差異較大，其中粘度變化也很大，螺桿泵適用于不同類型的原油的輸送工作。（3）無論輸油量的大小，螺桿泵都可以滿足。（4）螺桿泵有著簡單的內(nèi)部機構(gòu)，原油的流動相對簡單，產(chǎn)生的干擾較小，泵的效率得到提高。（5）螺桿泵操作簡單，螺桿泵的控制主要通過驅(qū)動裝置的改變就可以實現(xiàn)。

1.3 螺桿泵工作原理

螺桿泵一般分為兩部分，轉(zhuǎn)子和定子，兩部分之間有一定的空間，一般轉(zhuǎn)子圍繞定子運動，螺桿泵在工作的時候，空腔內(nèi)的原油會向排出端進行運動，達到原油排出泵外的效果，然后在空腔內(nèi)又會有新的原油被帶入，經(jīng)過反復(fù)的此過程運動，最終原油被輸送到新的管道。

2 造成螺桿泵密封性能故障的主要原因

我國目前螺桿泵的研究發(fā)展方向為新材料的使用，以改變螺桿泵的整體性能和延長使用壽命，但是螺桿泵的密封性能還是受到很多因素的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 橡膠襯套與轉(zhuǎn)子之間壓力過大

螺桿泵在實際的工作狀態(tài)中，其中轉(zhuǎn)子和橡膠軸套之間往往存在過盈的問題，過盈的現(xiàn)象可以有效的減少流體的損失，但是因為過盈的問題導(dǎo)致螺桿泵的內(nèi)壁壓力和密封腔壓力產(chǎn)生壓力差，壓力差的產(chǎn)生降低了密封性能，從而導(dǎo)致泄漏。

螺桿泵的過盈量是指螺桿泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)橡膠內(nèi)襯和轉(zhuǎn)子之間的過盈量大小尺寸，螺桿泵內(nèi)部定子和轉(zhuǎn)子之間的過盈量關(guān)系直接由這個尺寸的大小決定。想要螺桿泵的密封性能完好，就要保持螺桿泵處于一個良好的過盈量，保障密封室內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子之間尺寸完美的配合，螺桿泵的密封性能受這個工作流程的影響較大，螺桿泵內(nèi)過盈量大小在級數(shù)沒有發(fā)生改變的前提下，密封腔內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子承載壓力的大小受到過盈量直接影響，最終對螺桿泵內(nèi)部的舉升能力有著明顯的影響，想要對螺桿泵的舉升能力進行增加，就要加大螺桿泵內(nèi)部的過盈量，進而加強密封腔內(nèi)定子和轉(zhuǎn)子的密封性能。一般情況下我們通常采用最大接觸壓力法，分析和評價螺桿泵密封性能和過盈量之間的關(guān)系，最終確定出螺桿泵舉升能力和過盈量之間的影響。

2.2 橡膠襯套剪切應(yīng)力

因為螺桿泵內(nèi)襯套和密封位置發(fā)生變形抗力，在過盈配合作用影響下產(chǎn)生接觸應(yīng)力，兩個相鄰的密封腔達到密封效果。剪切力是螺桿泵在運行過程中由轉(zhuǎn)子和液壓力直接產(chǎn)生的，剪切力不能超過橡膠材料的強度，否則會發(fā)生橡膠襯套撕裂的現(xiàn)象，導(dǎo)致螺桿泵密封效果失效，影響生產(chǎn)需要。

2.3 設(shè)備材料的硬度對螺桿泵性能產(chǎn)生的直接影響

設(shè)備的變形能力主要由材料的硬度反映出來，材料之所以產(chǎn)生彈性變形，主要是因為材料的彈性模量影響，材料的彈性模量是一種本質(zhì)的屬性，和材料本身的特性和尺寸大小沒有任何關(guān)系，彈性模量數(shù)值越大材料越不容易發(fā)生彈性變形。我們再從微觀方面進行分析，彈性模量主要指的是原子在材料的內(nèi)部產(chǎn)生的拉力大小的物理量，彈性模量不會因為材料的大小、成分和重量改變產(chǎn)生任何影響。材料的硬度是一個物理量，是在材料塑性條件下測量出來的，材料的內(nèi)部組成和材料硬度的關(guān)系并不大。我們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，螺桿泵的密封性能和材料設(shè)備之間受到以上兩種因素的影響并不大，但是在實際的生產(chǎn)過程中顯示，材料的硬度隨著材料的彈性模量變大而增加。首先螺桿泵襯套內(nèi)密封腔的內(nèi)部壓力增加隨之最大的接觸壓力就會降低，兩種壓力之間的變化基本保持在一種平衡的狀態(tài)。然后如果我們把螺桿泵內(nèi)部的橡膠襯套的材料硬度加大，那么螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子的最大接觸壓力就會隨之升高，螺桿泵密封腔的密封效果就會越來越好。反之如果我們對螺桿泵內(nèi)部的橡膠襯套材料硬度降低，導(dǎo)致螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子的接觸壓力就會隨之減小，密封腔內(nèi)的密封效果也會變差。最后想要橡膠產(chǎn)生的變形能力減小就要對定子內(nèi)橡膠硬度變大，于密封腔內(nèi)的壓力變形量也會減小，達到內(nèi)部密封性能提高的效果。所以我們要對螺桿泵選擇合適的橡膠材料，首選橡膠材料硬度比較大的作為定子橡膠襯套，最終保障其密封效果。

3 提高螺桿泵密封性能的有效對策

3.1 適當(dāng)增加過盈量

螺桿泵的過盈量一般是指在其內(nèi)部轉(zhuǎn)子和定子橡膠襯套之前的配合尺寸過盈，定子與轉(zhuǎn)子之間的過盈在螺桿泵的工作中是不可避免的，是為了保障螺桿泵內(nèi)密封腔的密封性能。所以設(shè)備的性能在很大的程度上取決于定子和轉(zhuǎn)子之間的過盈量值，在螺桿泵級數(shù)不發(fā)生改變的前提下，內(nèi)部密封腔的承壓能力一般由過盈量大小所決定的，螺桿泵的舉升能力也隨之影響。分析研究表示，密封腔內(nèi)的壓力和接觸最大壓力呈變化趨勢負相關(guān)，密封腔內(nèi)壓力越大，接觸最大壓力就隨之減小。密封腔內(nèi)的壓力會隨著過盈量的增加而增加。當(dāng)我們的研究參數(shù)不發(fā)生改變的情況下，想要提高密封腔的密封性能和舉升能力，就要選擇過盈量較大的螺桿泵，有助于螺桿泵應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。電動螺桿泵的引進也是目前生產(chǎn)過程中比較常見的，電動螺桿泵的優(yōu)勢在于能夠有效防止流體進入螺桿泵中，導(dǎo)致螺桿泵的運行效率降低。

3.2 選擇硬度較高的材料

材料的變形能力主要受到材料硬度的影響，材料的彈性值和材料的變形程度成正比，正常情況下彈性模量和硬度之間理論上是具有一定聯(lián)系的，彈性模量會隨著材料硬度的增加而增加，所以該因素也會對螺桿泵的密封性能產(chǎn)生一定的影響。所以我們在對螺桿泵的定子材料進行選擇的時候，一般選擇硬度比較大的橡膠材料，從而滿足螺桿泵的密封性能。

3.3 合理優(yōu)化螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)

螺桿泵的結(jié)構(gòu)是影響橡膠襯套密封性的主要因素，在螺桿泵的結(jié)構(gòu)內(nèi)壓力和壓力差的綜合作用下對橡膠襯套的體積產(chǎn)生壓縮變形和幾何形狀變形，普通的螺桿泵和等壁厚的螺桿泵在最大接觸壓力和密封腔內(nèi)壓力的變化規(guī)律上基本相同，我們采用力學(xué)對橡膠結(jié)構(gòu)件進行分析的時候，為了研究中不受到不確定因素的影響，一般將橡膠材料作為不可壓縮材料，螺桿泵整體就會因為極為微小的橡膠壓縮從而發(fā)生改變，導(dǎo)致螺桿泵的整體性能會受到參數(shù)的改變而產(chǎn)生影響。想要提高螺桿泵的密封性能，就要對螺桿泵的整體結(jié)構(gòu)進行科學(xué)合理的優(yōu)化，利用現(xiàn)代科技信息技術(shù)，研究和開發(fā)一套螺桿泵整體機構(gòu)參數(shù)調(diào)整的軟件，實現(xiàn)對螺桿泵生產(chǎn)運行的實時監(jiān)督，各種參數(shù)的匹配，達到螺桿泵架構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的目的。

4 結(jié)語

經(jīng)過以上對螺桿泵的研究分析可以發(fā)現(xiàn)，在輸油中螺桿泵有著明顯的優(yōu)勢，占有重要地位。但是螺桿泵的密封問題是影響螺桿泵發(fā)展的致命問題，對輸油的效率有著直接的影響。我們主要對螺桿泵密封性能出現(xiàn)的問題進行分析，影響的因素進行解決，找到相關(guān)的措施來解決螺桿泵密封性能的問題，達到輸油效率的提高，進而推動螺桿泵技術(shù)的應(yīng)用。

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