影響螺桿泵密封性能的因素分析

李偉明

（大慶油田力神泵業有限公司，黑龍江 大慶 163000）

在油田當中，螺桿泵因為有著占地面積較小、產生的噪音較小和節能等優勢通常被首選為舉升設備，其投資成本低、對環境資源破壞較小，是油田經濟開發實現良好采油的關鍵手段。但是其使用的范圍只能是井深比較淺的油氣井中，一般井深不能超過2000米，一旦超過深度，螺桿泵的優勢就不能很好的發揮出來，其中密封性能是影響螺桿泵舉升能力的關鍵因素，是目前最需要解決的問題。

1 螺桿泵概念及工作原理

1.1 螺桿泵概念

我國市場上目前螺桿泵的種類有很多，主要根據螺桿的數目不同進行分類，一般我們使用的螺桿數目不會大于3個，螺桿泵指的是泵自身與螺桿通過嚙合運動從而實現提高油壓進行輸油的泵。

1.2 螺桿泵特點

目前我國螺桿泵的發展速度越來越快，因為有著自身的多種優點所以被廣泛的應用，螺桿泵的主要優點有以下幾個方面：（1）因為螺桿泵輸油使油體均勻的在管道內運動，降低了管道損害的程度。（2）我國石油資源目前在不同地區開采的原油差異較大，其中粘度變化也很大，螺桿泵適用于不同類型的原油的輸送工作。（3）無論輸油量的大小，螺桿泵都可以滿足。（4）螺桿泵有著簡單的內部機構，原油的流動相對簡單，產生的干擾較小，泵的效率得到提高。（5）螺桿泵操作簡單，螺桿泵的控制主要通過驅動裝置的改變就可以實現。

1.3 螺桿泵工作原理

螺桿泵一般分為兩部分，轉子和定子，兩部分之間有一定的空間，一般轉子圍繞定子運動，螺桿泵在工作的時候，空腔內的原油會向排出端進行運動，達到原油排出泵外的效果，然后在空腔內又會有新的原油被帶入，經過反復的此過程運動，最終原油被輸送到新的管道。

2 造成螺桿泵密封性能故障的主要原因

我國目前螺桿泵的研究發展方向為新材料的使用，以改變螺桿泵的整體性能和延長使用壽命，但是螺桿泵的密封性能還是受到很多因素的影響，主要表現在以下幾個方面。

2.1 橡膠襯套與轉子之間壓力過大

螺桿泵在實際的工作狀態中，其中轉子和橡膠軸套之間往往存在過盈的問題，過盈的現象可以有效的減少流體的損失，但是因為過盈的問題導致螺桿泵的內壁壓力和密封腔壓力產生壓力差，壓力差的產生降低了密封性能，從而導致泄漏。

螺桿泵的過盈量是指螺桿泵的內部結構橡膠內襯和轉子之間的過盈量大小尺寸，螺桿泵內部定子和轉子之間的過盈量關系直接由這個尺寸的大小決定。想要螺桿泵的密封性能完好，就要保持螺桿泵處于一個良好的過盈量，保障密封室內的定子和轉子之間尺寸完美的配合，螺桿泵的密封性能受這個工作流程的影響較大，螺桿泵內過盈量大小在級數沒有發生改變的前提下，密封腔內的定子和轉子承載壓力的大小受到過盈量直接影響，最終對螺桿泵內部的舉升能力有著明顯的影響，想要對螺桿泵的舉升能力進行增加，就要加大螺桿泵內部的過盈量，進而加強密封腔內定子和轉子的密封性能。一般情況下我們通常采用最大接觸壓力法，分析和評價螺桿泵密封性能和過盈量之間的關系，最終確定出螺桿泵舉升能力和過盈量之間的影響。

2.2 橡膠襯套剪切應力

因為螺桿泵內襯套和密封位置發生變形抗力，在過盈配合作用影響下產生接觸應力，兩個相鄰的密封腔達到密封效果。剪切力是螺桿泵在運行過程中由轉子和液壓力直接產生的，剪切力不能超過橡膠材料的強度，否則會發生橡膠襯套撕裂的現象，導致螺桿泵密封效果失效，影響生產需要。

2.3 設備材料的硬度對螺桿泵性能產生的直接影響

設備的變形能力主要由材料的硬度反映出來，材料之所以產生彈性變形，主要是因為材料的彈性模量影響，材料的彈性模量是一種本質的屬性，和材料本身的特性和尺寸大小沒有任何關系，彈性模量數值越大材料越不容易發生彈性變形。我們再從微觀方面進行分析，彈性模量主要指的是原子在材料的內部產生的拉力大小的物理量，彈性模量不會因為材料的大小、成分和重量改變產生任何影響。材料的硬度是一個物理量，是在材料塑性條件下測量出來的，材料的內部組成和材料硬度的關系并不大。我們經過研究發現，螺桿泵的密封性能和材料設備之間受到以上兩種因素的影響并不大，但是在實際的生產過程中顯示，材料的硬度隨著材料的彈性模量變大而增加。首先螺桿泵襯套內密封腔的內部壓力增加隨之最大的接觸壓力就會降低，兩種壓力之間的變化基本保持在一種平衡的狀態。然后如果我們把螺桿泵內部的橡膠襯套的材料硬度加大，那么螺桿泵定子和轉子的最大接觸壓力就會隨之升高，螺桿泵密封腔的密封效果就會越來越好。反之如果我們對螺桿泵內部的橡膠襯套材料硬度降低，導致螺桿泵定子和轉子的接觸壓力就會隨之減小，密封腔內的密封效果也會變差。最后想要橡膠產生的變形能力減小就要對定子內橡膠硬度變大，于密封腔內的壓力變形量也會減小，達到內部密封性能提高的效果。所以我們要對螺桿泵選擇合適的橡膠材料，首選橡膠材料硬度比較大的作為定子橡膠襯套，最終保障其密封效果。

3 提高螺桿泵密封性能的有效對策

3.1 適當增加過盈量

螺桿泵的過盈量一般是指在其內部轉子和定子橡膠襯套之前的配合尺寸過盈，定子與轉子之間的過盈在螺桿泵的工作中是不可避免的，是為了保障螺桿泵內密封腔的密封性能。所以設備的性能在很大的程度上取決于定子和轉子之間的過盈量值，在螺桿泵級數不發生改變的前提下，內部密封腔的承壓能力一般由過盈量大小所決定的，螺桿泵的舉升能力也隨之影響。分析研究表示，密封腔內的壓力和接觸最大壓力呈變化趨勢負相關，密封腔內壓力越大，接觸最大壓力就隨之減小。密封腔內的壓力會隨著過盈量的增加而增加。當我們的研究參數不發生改變的情況下，想要提高密封腔的密封性能和舉升能力，就要選擇過盈量較大的螺桿泵，有助于螺桿泵應用于更廣泛的領域。電動螺桿泵的引進也是目前生產過程中比較常見的，電動螺桿泵的優勢在于能夠有效防止流體進入螺桿泵中，導致螺桿泵的運行效率降低。

3.2 選擇硬度較高的材料

材料的變形能力主要受到材料硬度的影響，材料的彈性值和材料的變形程度成正比，正常情況下彈性模量和硬度之間理論上是具有一定聯系的，彈性模量會隨著材料硬度的增加而增加，所以該因素也會對螺桿泵的密封性能產生一定的影響。所以我們在對螺桿泵的定子材料進行選擇的時候，一般選擇硬度比較大的橡膠材料，從而滿足螺桿泵的密封性能。

3.3 合理優化螺桿泵結構參數

螺桿泵的結構是影響橡膠襯套密封性的主要因素，在螺桿泵的結構內壓力和壓力差的綜合作用下對橡膠襯套的體積產生壓縮變形和幾何形狀變形，普通的螺桿泵和等壁厚的螺桿泵在最大接觸壓力和密封腔內壓力的變化規律上基本相同，我們采用力學對橡膠結構件進行分析的時候，為了研究中不受到不確定因素的影響，一般將橡膠材料作為不可壓縮材料，螺桿泵整體就會因為極為微小的橡膠壓縮從而發生改變，導致螺桿泵的整體性能會受到參數的改變而產生影響。想要提高螺桿泵的密封性能，就要對螺桿泵的整體結構進行科學合理的優化，利用現代科技信息技術，研究和開發一套螺桿泵整體機構參數調整的軟件，實現對螺桿泵生產運行的實時監督，各種參數的匹配，達到螺桿泵架構參數優化的目的。

4 結語

經過以上對螺桿泵的研究分析可以發現，在輸油中螺桿泵有著明顯的優勢，占有重要地位。但是螺桿泵的密封問題是影響螺桿泵發展的致命問題，對輸油的效率有著直接的影響。我們主要對螺桿泵密封性能出現的問題進行分析，影響的因素進行解決，找到相關的措施來解決螺桿泵密封性能的問題，達到輸油效率的提高，進而推動螺桿泵技術的應用。

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