單螺桿泵特性試驗

1、單螺桿泵特性試驗作者：大慶石油學院 姜民政 朱君 鄭福全 白玉 王德金摘要：通過進行單螺桿泵特性參數(shù)隨泵出口管線結構及吸入口管線結構變化的試驗研究，繪出了泵的特性參數(shù)與出口壓力、吸入口真空度的關系曲線。試驗結果表明，改變泵出口管線結構，使泵出口壓力在一定范圍內(nèi)工作時，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構不宜作為泵的調(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 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用。單螺桿泵工作時，經(jīng)常遇到調(diào)節(jié)泵流量問題。對于這種體積式泵，其流量的調(diào)節(jié)方法常用的有兩種。一是改變轉子轉速；二是改變排出管線或

2、吸入管線結構(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，管線結構的改變除了改變泵的壓力、流量外，對泵的能耗、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泵特性的影響有何不同?針對這些問題，我們進行了以下2項室內(nèi)試驗。 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。 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。 1試驗方法及試驗結果 圖1為單螺桿泵特性試驗的試驗臺原理圖。試驗介質(zhì)為清水、室溫。試驗用單螺桿泵結構參數(shù)如下：螺桿直徑42mm，襯套導程241mm，螺桿偏心距7.1mm，額定揚程500m

3、m。試驗分兩種情況，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，同時測試出口壓力、流量、泵軸力矩、轉速和吸入口真空度這些參數(shù)，測試數(shù)據(jù)如表1；二是將吸入口閥門12全部開啟，然后關小排出口閥門7，待出口壓力增至7.0MPa，排出口閥門7開啟度固定不動，再逐漸關小吸入口閥門12，使吸入口真空度不斷增加，同時測試泵出口壓力、泵軸力矩、泵軸轉速及排出流量這些參數(shù)，測試數(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，以流量、軸功率、效率為縱坐標繪制泵特性曲線，如圖2、圖3所示。 1電機；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單螺桿泵試驗臺工作原理表1改變單螺桿泵出口壓力的特性試驗數(shù)據(jù)表2改變單螺桿泵吸入口真空度的特性試驗數(shù)據(jù)pN曲線：出口壓力與泵軸功率關系曲線 pQ曲線：出口壓力與實際流量關系曲線 p曲線：出口壓力與泵效率關系曲線 圖2改變泵出口壓力的特性試驗HsN曲線：真空度與泵軸功率關系曲線 HsQ曲線：真空度與實際流量關系曲線 Hs曲線：真空度與泵效率關系曲線 圖3改變泵吸入口真空度的特性試驗2試驗分析 a)單螺桿泵理論流量、泵效率、體積效率和機械效率分別采用以下各式計算： =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為泵機械效率；Qp為泵實際流量，m3/d；p為泵出口與吸入口壓差，MPa；D為螺桿斷面直徑，m；T為襯套導程，m；Ma為泵軸力矩，Nm；n為泵軸轉速，rmin1；e為螺桿偏心距，m。 依據(jù)以上各式及表1、表2測試數(shù)據(jù)，計算泵在不同工況下的泵軸功率、有效功率、泵效率、體積效率及機械效率。其計算值亦列于表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。泵體積效率呈遞減趨勢，機械效率呈遞增趨勢(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)轉動時的摩擦阻力矩減小，導致機械效率增加；同時，高壓液體沿螺桿-襯套副密封線的竄流現(xiàn)象加劇，導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，效率最大差值為6.73%。參考離心泵的高效工作范圍1，也可以認為該范圍即屬于螺桿泵高效工作范圍。當然，具體的高效工作范圍應視具體的泵而定。 c)關小吸入口閥門相當于人為降低泵的充滿度，這必將導致泵流量減小、泵吸入口真空度增加，這一點亦被試驗所證實。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、體積效率和機械效率均呈下降趨勢

7、。但當吸入口真空度在0.10.015MPa之間變化時，以上各參數(shù)均呈下降趨勢，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，泵的工作狀況大大惡化。因此，當泵吸入口真空度大于某一規(guī)定的值時，雖然泵的特性參數(shù)能得以大幅度提高，但由于泵機械效率、體積效率及總效率大大降低，因此應禁止泵在此工況下長期工作。 圖4出口壓力與機械效率、體積效率的關系曲線圖5真空度與機械效率、體積效率的關系曲線3結論 1)無論改變泵出口管線結構還是改變泵吸入口管線結構，都會對單螺桿泵的特性產(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