詹升忠 張國(guó)華

（大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163311）

螺桿泵容積效率影響因素分析

詹升忠 張國(guó)華

（大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163311）

井下螺桿泵的容積效率存在一定的波動(dòng)，這對(duì)螺桿泵轉(zhuǎn)子尺寸的設(shè)計(jì)以及定轉(zhuǎn)子選配帶來一定的困難，影響了螺桿泵的應(yīng)用。從定子內(nèi)腔尺寸、轉(zhuǎn)子尺寸、試驗(yàn)環(huán)境這幾個(gè)方面進(jìn)行分析，總結(jié)出螺桿泵容積效率的影響因素。

螺桿泵；容積效率；影響因素；分析

螺桿泵是一種容積式泵，依靠定轉(zhuǎn)子之間的過盈配合形成一串密封腔實(shí)現(xiàn)舉升液體的作用。受定子橡膠溶脹的影響，定轉(zhuǎn)子之間的過盈配合存在一個(gè)合理區(qū)間，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，螺桿泵有較好的舉升性能；過盈過大，增加了轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩，加速了橡膠的疲勞老化，降低了泵的壽命；過盈過小，泵的漏失量大，達(dá)不到應(yīng)有的舉升性能。因此，選擇合適的定轉(zhuǎn)子過盈量，可以提高泵的性能，延長(zhǎng)泵的壽命。

一、定子內(nèi)腔尺寸的影響

1.溫度的影響

螺桿泵定子內(nèi)腔是一層橡膠材料，在不同的溫度下存在熱脹冷縮的特點(diǎn)，這會(huì)造成定子內(nèi)腔尺寸的波動(dòng)，影響泵的容積效率，通過試驗(yàn)測(cè)試了不同溫度下橡膠內(nèi)腔的尺寸變化（表1）。

表1 螺桿泵定子內(nèi)腔尺寸隨溫度變化情況

試驗(yàn)來看，定子內(nèi)腔尺寸的變化與溫差和橡膠厚度有關(guān)，橡膠厚度越厚，溫差越大，內(nèi)腔尺寸變化越大。每10mm橡膠在溫度1℃變化時(shí)的尺寸變化大概在0.00573mm。因此，螺桿泵定子在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持恒定的溫度，避免溫度不同對(duì)定子內(nèi)腔尺寸造成影響。

不僅定子內(nèi)腔尺寸隨溫度的變化而變化，螺桿泵容積效率也會(huì)隨定轉(zhuǎn)子溫度的變化而變化，在試驗(yàn)介質(zhì)一樣的條件下，溫度越高，泵的容積效率越高，下表是2臺(tái)相同的螺桿泵在不同溫度相同試驗(yàn)介質(zhì)的條件下測(cè)定的容積效率變化情況。

表2 螺桿泵容積效率隨定轉(zhuǎn)子溫度變化情況

2.定子管內(nèi)徑尺寸

定子管采購(gòu)過程中，不同批次的定子管內(nèi)徑尺寸存在誤差，在定子模芯一致的情況下，橡膠層的厚度就會(huì)產(chǎn)生差異。不同膠層厚度的螺桿泵在硫化后收縮量也不一致，這就會(huì)造成定子內(nèi)腔尺寸的波動(dòng)。按照橡膠收縮率4%計(jì)算，1mm厚的橡膠波動(dòng)產(chǎn)生的內(nèi)腔尺寸的變化大致在0.04mm。為了穩(wěn)定定子內(nèi)腔的尺寸，盡量選擇統(tǒng)一尺寸的定子管，避免定子管尺寸波動(dòng)對(duì)定子內(nèi)腔尺寸產(chǎn)生影響。

3.橡膠質(zhì)量的波動(dòng)

不同批次的橡膠性能存在差異，在螺桿泵定子生產(chǎn)過程中，相同的加工工藝生產(chǎn)出來的定子內(nèi)腔尺寸會(huì)有一定的差異。通常情況下，橡膠的硬度和黏度對(duì)定子內(nèi)腔尺寸影響較大，硬度大，黏度高的橡膠注射加工時(shí)間較長(zhǎng)，硫化后的收縮率較小，定子內(nèi)腔尺寸較小。

4.模芯尺寸的影響

同一型號(hào)的螺桿泵往往加工幾根模芯，由于設(shè)備本身的加工精度，不同模芯之間存在尺寸差異，以GLB500-20螺桿泵為例，其模芯徑向尺寸的公差要求為±0.03mm，一根模芯與另一根模芯可能存在0.06mm的尺寸差異，同時(shí)，一根模芯不同的部位也存在尺寸差異。不同模芯生產(chǎn)出來的螺桿泵定子內(nèi)腔尺寸存在差異，這會(huì)對(duì)螺桿泵的容積效率產(chǎn)生影響，即使是相同的模芯生產(chǎn)出來的定子，按照不同的裝配方向，也會(huì)造成螺桿泵的性能差異，如果是雙節(jié)螺桿泵，組合方式就會(huì)更多，不同組合方式的螺桿泵的性能也會(huì)存在不同。

5.定子制造工藝的影響

螺桿泵定子制造過程中的對(duì)模工藝也會(huì)對(duì)螺桿泵的容積效率產(chǎn)生影響。對(duì)模工藝控制不好，容易造成定子模芯的偏芯，從而使定子內(nèi)腔型線彎曲，在與轉(zhuǎn)子配合時(shí)，容易出現(xiàn)高扭矩低泵效的情況，影響泵的舉升性能。

二、轉(zhuǎn)子尺寸影響因素分析

螺桿泵依靠定轉(zhuǎn)子之間的配合實(shí)現(xiàn)密封，轉(zhuǎn)子尺寸也是影響容積效率的重要因素。螺桿泵轉(zhuǎn)子主要的尺寸參數(shù)包括大徑、小徑、偏心和導(dǎo)程，其中偏心可以通過大徑和小徑計(jì)算得出。這些尺寸參數(shù)主要靠加工設(shè)備進(jìn)行保證，不同的設(shè)備加工精度不同，即使同一加工設(shè)備也會(huì)存在加工誤差，這些因素都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子尺寸的波動(dòng)，國(guó)內(nèi)目前的轉(zhuǎn)子加工設(shè)備最高能達(dá)到±0.03mm的加工精度，同一設(shè)計(jì)尺寸的轉(zhuǎn)子可能存在0.06mm的尺寸差異，這種尺寸的波動(dòng)會(huì)對(duì)泵效產(chǎn)生較大的影響。下表3是試驗(yàn)測(cè)定的同一臺(tái)定子與不同尺寸的轉(zhuǎn)子配合，在不同壓力點(diǎn)下的容積效率。從試驗(yàn)可以看出不同轉(zhuǎn)子尺寸對(duì)泵的容積效率的影響規(guī)律，在泄漏區(qū)，轉(zhuǎn)子尺寸對(duì)容積效率的影響非常明顯，隨著轉(zhuǎn)子尺寸的增加，泵容積效率提高，隨著容積效率的提高，轉(zhuǎn)子尺寸對(duì)容積效率的影響也越來越微弱，當(dāng)?shù)竭_(dá)零泄漏附近時(shí)，提高轉(zhuǎn)子尺寸也不能提高泵的容積效率了。

三、試驗(yàn)環(huán)境的影響

1.試驗(yàn)介質(zhì)的影響

不同的試驗(yàn)介質(zhì)黏度不同，在相同過盈配合的條件下，黏度高的介質(zhì)，泄漏量更小，泵效更高。因此，在進(jìn)行螺桿泵性能試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該對(duì)試驗(yàn)介質(zhì)的黏度進(jìn)行控制，減少試驗(yàn)介質(zhì)的黏度差異對(duì)泵效性能的影響。

2.試驗(yàn)溫度的影響

不同的試驗(yàn)溫度主要影響試驗(yàn)介質(zhì)的黏度和定子內(nèi)腔的尺寸，隨著溫度的變化，試驗(yàn)介質(zhì)的黏度會(huì)發(fā)生變化，下表4列出了螺桿泵試驗(yàn)普遍采用的32#液壓油在不同溫度下的黏度變化情況。同時(shí)受熱脹冷縮的影響，定子內(nèi)腔尺寸也會(huì)發(fā)生變化，這兩種變化對(duì)泵效有相反的影響趨勢(shì)，具體影響情況需看選用的試驗(yàn)介質(zhì)，以及溫度的變化范圍。以目前螺桿泵試驗(yàn)普遍選用的32#液壓油為例，在10～30℃的溫度變化范圍內(nèi)，介質(zhì)黏度隨溫度變化顯著，而內(nèi)腔尺寸變化較小，此時(shí)隨溫度的升高，泵效降低；超過30℃后，介質(zhì)黏度隨溫度變化不再顯著，此時(shí)隨著溫度的升高，定子內(nèi)腔尺寸變小，定轉(zhuǎn)子間過盈增加，密封性增加，泵效提高。以上從實(shí)際生產(chǎn)過程中對(duì)影響螺桿泵容積效率的幾個(gè)因素進(jìn)行了分析總結(jié)，分析只列出了影響螺桿泵容積效率的幾個(gè)主要因素，一些次要的因素還沒有列出，這還需要在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行摸索。一些分析過程還停留在定性分析層面，缺乏相應(yīng)的試驗(yàn)基礎(chǔ)，還需要不斷的試驗(yàn)分析與經(jīng)驗(yàn)積累，只有完全摸清了這些因素對(duì)螺桿泵容積效率的影響規(guī)律，才能實(shí)現(xiàn)螺桿泵容積效率可控可調(diào)，為螺桿泵定轉(zhuǎn)子的選配提供理論依據(jù)。

表3 螺桿泵容積效率與轉(zhuǎn)子尺寸的關(guān)系

表4 螺桿泵試驗(yàn)油（32#液壓油）的黏度隨溫度變化情況

[1]王德民,韓修廷,王秀玲,焦振強(qiáng).螺桿泵采油原理及應(yīng)用[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社,1998,18-23.

[2]魏紀(jì)德,師國(guó)臣.試驗(yàn)介質(zhì)溫度、黏度對(duì)螺桿泵容積效率的影響[J].石油機(jī)械,1993,421(119),15-20.

[3]魏紀(jì)德,吳文祥，曾艷.螺桿泵定子橡膠溶脹對(duì)容積效率的影響及對(duì)策[J].石油機(jī)械,2005,33(4),16-18.

TH 327

B

1671-0711（2016）06-0051-02