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螺杆泵试验转速和温度对水力特性的影响

2019-08-01 13:56:37
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螺杆泵由于具有体积小、能耗低、泵效高、安装方便的特点,适用于输送高粘度、高含砂、高含气的原油,近年来被越来越广泛地应用于油田。螺杆泵水力特性是反映螺杆泵质量的综合性能指标,可为生产厂和用户提供依据,对于螺杆泵选井、选泵、施工设计和使用管理起到重要的作用。影响螺杆泵水力特性的主要因素有结构参数、工作参数、定转子加工质量、举升介质等,其中转速、温度和介质粘度对螺杆泵水力特性的影响至关重要。本文开展了螺杆泵试验转速、温度对水力特性的影响试验,并得出试验转速、温度对螺杆泵水力特性的影响规律。

因此,要实现较大的排量只有提高转子的转速。转子转速也是提高螺杆泵容积效率的因素之一,转速的增高可以有效地增大举升高度,不同程度地弥补因转速增加而加剧的定子磨损造成的漏失,即当工作转速提高时,螺杆泵的排量增大,定子的漏失减少,单级承载能力提高,因此容积效率提高,扬程增加,但是转速对螺杆泵工作扭矩的影响不大。在工作特性曲线上,反映为容积效率曲线变宽,扭矩曲线基本不变。

在粘度较大时,如果转速过高,阻力矩会变得很大,不仅会引起泵的机械损失增大,还会对抽油杆的强度造成一定的影响。

温度对螺杆泵的影响有好的一面,也有坏的一面,不利因素占的比例大。温度高,使油流特性变好,结蜡减缓,粘度降低,油流沿程损失降低,使螺杆泵的举升压头降低。但是温度增高会使定子橡胶发生温涨,加快损坏,降低螺杆泵的举升性能和使用寿命;温度越高,定子与转子之间的摩擦力增加量越大,使螺杆泵的系统工况变差。

同一台螺杆泵在同一温度和介质条件下,定子与转子之间的初始过盈量不变,但定子内的橡胶衬套热胀冷缩比较明显。当定子环境温度升高时,定子橡胶膨胀内孔变小,增大了定、转子之间的过盈量。即定、转子之间的密封腔室密封效果更好,单级腔室的承压能力增强。因此,在同一净举升高度条件下,温度升高,螺杆泵的容积效率也随之提高。

室内试验发现,螺杆泵工作扭矩M与泵的工作压力△P的关系有很好的直线性,而温度和转速虽然能有效地提高泵的承压能力,但对泵工作扭矩的影响很不敏感,其原因是尽管因温度升高定子橡胶有所热涨,但会使定子橡胶硬度下降,所以定、转子之间的接触压力降低,工作扭矩也会下降。

扭矩随转速的增大而略有增大,但是不明显。在相同的压力下,随着转速的升高,螺杆泵的排量升高。随着转速的增加,在同一举升高度下螺杆泵的容积效率几增大,其中150r/min条件下,较大,保持容积泵特性时间较长,同时举升高度也较高。由图4可以看出,扭矩在不同转速条件下变化不大,即扭矩随转速变化而影响不大,扭矩的主要影响因素是试验介质粘度。低转速时在低举升压力下效率较高,高转速时在高举升压力下效率较高;试验转速较低时螺杆泵的较大效率的压力点也较低,试验转速高时螺杆泵较大效率的压力点也较高,即试验转速越大,螺杆泵总效率较高点压头越大。

温度越高,螺杆泵的零排量举升压头越大;试验温度增加,在同一举升高度条件下,泵的容积效率增加;温度变化对螺杆泵扭矩的影响不大。

结论

1)随着转速的增加,在同一举升高度下螺杆泵的排量升高,容积效率增大。当转速达到较大时,几较大,保持容积泵特性的时间较长,举升高度较高。扭矩对转速变化不敏感,影响扭矩的主要因素是试验介质粘度。低转速在低举升压力下总效率较高,高转速在高举升压力下总效率较高;试验转速越大,螺杆泵总效率较高点压头越大。

2)温度增加,螺杆泵的零排量举升压头越大,在同一举升高度条件下,泵的容积效率增加。温度越高,总效率较高点的压头越大。温度变化对螺杆泵扭矩的影响不大。

3)建议开展试验介质粘度对螺杆泵水力特性影响的试验研究。