螺桿泵容積效率影響因素分析

詹升忠 張國華

（大慶油田力神泵業有限公司，黑龍江 大慶 163311）

螺桿泵容積效率影響因素分析

詹升忠 張國華

（大慶油田力神泵業有限公司，黑龍江 大慶 163311）

井下螺桿泵的容積效率存在一定的波動，這對螺桿泵轉子尺寸的設計以及定轉子選配帶來一定的困難，影響了螺桿泵的應用。從定子內腔尺寸、轉子尺寸、試驗環境這幾個方面進行分析，總結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，依靠定轉子之間的過盈配合形成一串密封腔實現舉升液體的作用。受定子橡膠溶脹的影響，定轉子之間的過盈配合存在一個合理區間，在這個區間內，螺桿泵有較好的舉升性能；過盈過大，增加了轉子的運轉扭矩，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，達不到應有的舉升性能。因此，選擇合適的定轉子過盈量，可以提高泵的性能，延長泵的壽命。

一、定子內腔尺寸的影響

1.溫度的影響

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

表1 螺桿泵定子內腔尺寸隨溫度變化情況

試驗來看，定子內腔尺寸的變化與溫差和橡膠厚度有關，橡膠厚度越厚，溫差越大，內腔尺寸變化越大。每10mm橡膠在溫度1℃變化時的尺寸變化大概在0.00573mm。因此，螺桿泵定子在試驗時應保持恒定的溫度，避免溫度不同對定子內腔尺寸造成影響。

不僅定子內腔尺寸隨溫度的變化而變化，螺桿泵容積效率也會隨定轉子溫度的變化而變化，在試驗介質一樣的條件下，溫度越高，泵的容積效率越高，下表是2臺相同的螺桿泵在不同溫度相同試驗介質的條件下測定的容積效率變化情況。

表2 螺桿泵容積效率隨定轉子溫度變化情況

2.定子管內徑尺寸

定子管采購過程中，不同批次的定子管內徑尺寸存在誤差，在定子模芯一致的情況下，橡膠層的厚度就會產生差異。不同膠層厚度的螺桿泵在硫化后收縮量也不一致，這就會造成定子內腔尺寸的波動。按照橡膠收縮率4%計算，1mm厚的橡膠波動產生的內腔尺寸的變化大致在0.04mm。為了穩定定子內腔的尺寸，盡量選擇統一尺寸的定子管，避免定子管尺寸波動對定子內腔尺寸產生影響。

3.橡膠質量的波動

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

4.模芯尺寸的影響

同一型號的螺桿泵往往加工幾根模芯，由于設備本身的加工精度，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，一根模芯不同的部位也存在尺寸差異。不同模芯生產出來的螺桿泵定子內腔尺寸存在差異，這會對螺桿泵的容積效率產生影響，即使是相同的模芯生產出來的定子，按照不同的裝配方向，也會造成螺桿泵的性能差異，如果是雙節螺桿泵，組合方式就會更多，不同組合方式的螺桿泵的性能也會存在不同。

5.定子制造工藝的影響

螺桿泵定子制造過程中的對模工藝也會對螺桿泵的容積效率產生影響。對模工藝控制不好，容易造成定子模芯的偏芯，從而使定子內腔型線彎曲，在與轉子配合時，容易出現高扭矩低泵效的情況，影響泵的舉升性能。

二、轉子尺寸影響因素分析

螺桿泵依靠定轉子之間的配合實現密封，轉子尺寸也是影響容積效率的重要因素。螺桿泵轉子主要的尺寸參數包括大徑、小徑、偏心和導程，其中偏心可以通過大徑和小徑計算得出。這些尺寸參數主要靠加工設備進行保證，不同的設備加工精度不同，即使同一加工設備也會存在加工誤差，這些因素都會導致轉子尺寸的波動，國內目前的轉子加工設備最高能達到±0.03mm的加工精度，同一設計尺寸的轉子可能存在0.06mm的尺寸差異，這種尺寸的波動會對泵效產生較大的影響。下表3是試驗測定的同一臺定子與不同尺寸的轉子配合，在不同壓力點下的容積效率。從試驗可以看出不同轉子尺寸對泵的容積效率的影響規律，在泄漏區，轉子尺寸對容積效率的影響非常明顯，隨著轉子尺寸的增加，泵容積效率提高，隨著容積效率的提高，轉子尺寸對容積效率的影響也越來越微弱，當到達零泄漏附近時，提高轉子尺寸也不能提高泵的容積效率了。

三、試驗環境的影響

1.試驗介質的影響

不同的試驗介質黏度不同，在相同過盈配合的條件下，黏度高的介質，泄漏量更小，泵效更高。因此，在進行螺桿泵性能試驗時，應該對試驗介質的黏度進行控制，減少試驗介質的黏度差異對泵效性能的影響。

2.試驗溫度的影響

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

表3 螺桿泵容積效率與轉子尺寸的關系

表4 螺桿泵試驗油（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.螺桿泵采油原理及應用[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社,1998,18-23.

[2]魏紀德,師國臣.試驗介質溫度、黏度對螺桿泵容積效率的影響[J].石油機械,1993,421(119),15-20.

[3]魏紀德,吳文祥，曾艷.螺桿泵定子橡膠溶脹對容積效率的影響及對策[J].石油機械,2005,33(4),16-18.

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1671-0711（2016）06-0051-02