單螺桿泵特性試驗(yàn)

1、單螺桿泵特性試驗(yàn)作者：大慶石油學(xué)院 姜民政 朱君 鄭福全 白玉 王德金摘要：通過進(jìn)行單螺桿泵特性參數(shù)隨泵出口管線結(jié)構(gòu)及吸入口管線結(jié)構(gòu)變化的試驗(yàn)研究，繪出了泵的特性參數(shù)與出口壓力、吸入口真空度的關(guān)系曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明，改變泵出口管線結(jié)構(gòu)，使泵出口壓力在一定范圍內(nèi)工作時(shí)，流量變化大，而且泵效率較高，可以作為泵調(diào)整參數(shù)的一種手段；而改變泵吸入口管線結(jié)構(gòu)不宜作為泵的調(diào)整參數(shù)手段。 敘詞：螺桿泵；特性參數(shù)；調(diào)整參數(shù)；試驗(yàn) 單螺桿泵在油田鉆井、采油及輸油等方面正得到越來越廣泛的應(yīng)用。單螺桿泵工作時(shí)，經(jīng)常遇到調(diào)節(jié)泵流量問題。對(duì)于這種體積式泵，其流量的調(diào)節(jié)方法常用的有兩種。一是改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；二是改變排出管線或

2、吸入管線結(jié)構(gòu)(通常是改變排出口閥門或吸入口閥門的開啟度)?，F(xiàn)文主要討論第2種方法。然而，管線結(jié)構(gòu)的改變除了改變泵的壓力、流量外，對(duì)泵的能耗、效率將產(chǎn)生多大程度的影響?改變泵出口閥門開啟度與改變泵吸入口閥門開啟度對(duì)泵特性的影響有何不同?針對(duì)這些問題，我們進(jìn)行了以下2項(xiàng)室內(nèi)試驗(yàn)。 a)單螺桿泵流量、泵軸力矩、效率等參數(shù)隨出口壓力變化的特性試驗(yàn)。 b)單螺桿泵流量、泵軸力矩、效率等參數(shù)隨吸入口真空度變化的特性試驗(yàn)。 1試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果 圖1為單螺桿泵特性試驗(yàn)的試驗(yàn)臺(tái)原理圖。試驗(yàn)介質(zhì)為清水、室溫。試驗(yàn)用單螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：螺桿直徑42mm，襯套導(dǎo)程241mm，螺桿偏心距7.1mm，額定揚(yáng)程500m

3、m。試驗(yàn)分兩種情況，一是將吸入口閥門12全部開啟，改變排出口閥門7的開啟度，同時(shí)測(cè)試出口壓力、流量、泵軸力矩、轉(zhuǎn)速和吸入口真空度這些參數(shù)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1；二是將吸入口閥門12全部開啟，然后關(guān)小排出口閥門7，待出口壓力增至7.0MPa，排出口閥門7開啟度固定不動(dòng)，再逐漸關(guān)小吸入口閥門12，使吸入口真空度不斷增加，同時(shí)測(cè)試泵出口壓力、泵軸力矩、泵軸轉(zhuǎn)速及排出流量這些參數(shù)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表2。分別以泵出口壓力和吸入口真空度為橫坐標(biāo)，以流量、軸功率、效率為縱坐標(biāo)繪制泵特性曲線，如圖2、圖3所示。 1電機(jī)；2扭矩儀；3軸承箱；4三通；5單螺桿泵；6排出口壓力表；7排出閥門； 8排出管線；9計(jì)量罐；10放水閥

4、門；11水箱；12泵吸入閥門；13吸入管線；14吸入口真空表 圖1單螺桿泵試驗(yàn)臺(tái)工作原理表1改變單螺桿泵出口壓力的特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表2改變單螺桿泵吸入口真空度的特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)pN曲線：出口壓力與泵軸功率關(guān)系曲線 pQ曲線：出口壓力與實(shí)際流量關(guān)系曲線 p曲線：出口壓力與泵效率關(guān)系曲線 圖2改變泵出口壓力的特性試驗(yàn)HsN曲線：真空度與泵軸功率關(guān)系曲線 HsQ曲線：真空度與實(shí)際流量關(guān)系曲線 Hs曲線：真空度與泵效率關(guān)系曲線 圖3改變泵吸入口真空度的特性試驗(yàn)2試驗(yàn)分析 a)單螺桿泵理論流量、泵效率、體積效率和機(jī)械效率分別采用以下各式計(jì)算： =103pQp（144Man）， Qt=1440×4eDT

5、n， v=QpQt， m=103Qtp（144Ma·n）， 式中，Qt為泵理論流量，m3/d；為泵效率；v為泵體積效率；m為泵機(jī)械效率；Qp為泵實(shí)際流量，m3/d；p為泵出口與吸入口壓差，MPa；D為螺桿斷面直徑，m；T為襯套導(dǎo)程，m；Ma為泵軸力矩，Nm；n為泵軸轉(zhuǎn)速，rmin1；e為螺桿偏心距，m。 依據(jù)以上各式及表1、表2測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算泵在不同工況下的泵軸功率、有效功率、泵效率、體積效率及機(jī)械效率。其計(jì)算值亦列于表1、表2中。 b)由表1、圖2可以看出，隨著泵出口壓力的增加，泵的流量逐漸減小，泵效率變化呈拋物線形，有一最高效率點(diǎn)。泵體積效率呈遞減趨勢(shì)，機(jī)械效率呈遞增趨勢(shì)(如圖4

6、)，這說明隨出口壓力的增加，螺桿與襯套之間的間隙加大，螺桿在襯套內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力矩減小，導(dǎo)致機(jī)械效率增加；同時(shí)，高壓液體沿螺桿-襯套副密封線的竄流現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致泵體積效率的降低。由表1數(shù)據(jù)還可以看出，出口壓力在3.28.4MPa范圍內(nèi)變化時(shí)，效率最大差值為6.73%。參考離心泵的高效工作范圍1，也可以認(rèn)為該范圍即屬于螺桿泵高效工作范圍。當(dāng)然，具體的高效工作范圍應(yīng)視具體的泵而定。 c)關(guān)小吸入口閥門相當(dāng)于人為降低泵的充滿度，這必將導(dǎo)致泵流量減小、泵吸入口真空度增加，這一點(diǎn)亦被試驗(yàn)所證實(shí)。由表2、圖3和圖5可以看出，隨著泵吸入口真空度的增加，泵的流量、軸功率、效率、體積效率和機(jī)械效率均呈下降趨勢(shì)

7、。但當(dāng)吸入口真空度在0.10.015MPa之間變化時(shí)，以上各參數(shù)均呈下降趨勢(shì)，但下降幅度較小。這說明，一定范圍內(nèi)吸入口真空度的變化對(duì)泵特性影響較??；而一旦超出該范圍，則各參數(shù)呈直線下降趨勢(shì)，泵的工作狀況大大惡化。因此，當(dāng)泵吸入口真空度大于某一規(guī)定的值時(shí)，雖然泵的特性參數(shù)能得以大幅度提高，但由于泵機(jī)械效率、體積效率及總效率大大降低，因此應(yīng)禁止泵在此工況下長(zhǎng)期工作。 圖4出口壓力與機(jī)械效率、體積效率的關(guān)系曲線圖5真空度與機(jī)械效率、體積效率的關(guān)系曲線3結(jié)論 1)無論改變泵出口管線結(jié)構(gòu)還是改變泵吸入口管線結(jié)構(gòu)，都會(huì)對(duì)單螺桿泵的特性產(chǎn)生一定程度的影響。 2)改變泵排出口閥門開啟度，在一定范圍內(nèi)達(dá)到改變泵特性參數(shù)的目的，而且泵具有較高的工作效率。 3)改變單螺桿泵吸入口閥門開啟度，當(dāng)