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，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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；二是改變排出管線或吸入管線結(jié)構(gòu)（通常是改變排出口閥門或吸入口閥門的開啟度）。現(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(jié)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(jié)構(gòu)參數(shù)如下：螺桿直徑φ42mm，襯套導(dǎo)程241mm，螺桿偏心距 7.1mm，額定揚程500mm。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(zhuǎn)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(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，再逐漸關(guān)小吸入口閥門12，使吸入口真空度不斷增加，同時測試泵出口壓力、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；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)

p―N曲線：出口壓力與泵軸功率關(guān)系曲線
p―Q曲線：出口壓力與實際流量關(guān)系曲線
p―η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

Hs―N曲線：真空度與泵軸功率關(guān)系曲線
Hs―Q曲線：真空度與實際流量關(guān)系曲線
Hs―η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

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： 

η=103ΔpQp／（1．44Ma．n）， 

Qt=1440×4eDTn， 

ηv=Qp／Qt， 

ηm=103QtΔp／（1．44Ma·n）， 

式 中，Qt為泵理論流量，m3/d；η為泵效率；ηv為泵體積效率；ηm為泵機械效率；Qp為泵實際流量，m3/d；Δp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，N．m；n為泵軸轉(zhuǎn)速，r．min－1；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zui率點。泵體積效率呈遞減趨勢，機械效率呈遞增趨勢 （如圖4），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)動時的摩擦阻力矩減小，導(dǎo)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(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3.2～8.4MPa范圍內(nèi)變化時，效率zui大差值為6.73%。參考離心 泵的工作范圍［1］，也可以認為該范圍即屬于螺桿泵工作范圍。當(dāng)然，具體的工作范圍應(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。但當(dāng)吸入口真空度在0.1～0.015MPa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小；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(dāng)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(yīng)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(guān)系曲線

圖5　真空度與機械效率、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(dāng)吸入口真空度較小時，泵特性參數(shù)變化不大，而當(dāng)吸入口真空度較大時，泵的工作狀況急劇惡化。因此，這種方法不宜作為單螺桿泵調(diào)整參數(shù)的手段。 文章來源：/news_view?id=110

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