螺杆泵容积效率影响因素分析

2016-11-30詹升忠张国华

中国设备工程 2016年6期

关键词：螺杆泵内腔容积

詹升忠张国华

（大庆油田力神泵业有限公司，黑龙江大庆 163311）

螺杆泵容积效率影响因素分析

詹升忠张国华

（大庆油田力神泵业有限公司，黑龙江大庆 163311）

井下螺杆泵的容积效率存在一定的波动，这对螺杆泵转子尺寸的设计以及定转子选配带来一定的困难，影响了螺杆泵的应用。从定子内腔尺寸、转子尺寸、试验环境这几个方面进行分析，总结出螺杆泵容积效率的影响因素。

螺杆泵；容积效率；影响因素；分析

螺杆泵是一种容积式泵，依靠定转子之间的过盈配合形成一串密封腔实现举升液体的作用。受定子橡胶溶胀的影响，定转子之间的过盈配合存在一个合理区间，在这个区间内，螺杆泵有较好的举升性能；过盈过大，增加了转子的运转扭矩，加速了橡胶的疲劳老化，降低了泵的寿命；过盈过小，泵的漏失量大，达不到应有的举升性能。因此，选择合适的定转子过盈量，可以提高泵的性能，延长泵的寿命。

一、定子内腔尺寸的影响

1.温度的影响

螺杆泵定子内腔是一层橡胶材料，在不同的温度下存在热胀冷缩的特点，这会造成定子内腔尺寸的波动，影响泵的容积效率，通过试验测试了不同温度下橡胶内腔的尺寸变化（表1）。

表1 螺杆泵定子内腔尺寸随温度变化情况

试验来看，定子内腔尺寸的变化与温差和橡胶厚度有关，橡胶厚度越厚，温差越大，内腔尺寸变化越大。每10mm橡胶在温度1℃变化时的尺寸变化大概在0.00573mm。因此，螺杆泵定子在试验时应保持恒定的温度，避免温度不同对定子内腔尺寸造成影响。

不仅定子内腔尺寸随温度的变化而变化，螺杆泵容积效率也会随定转子温度的变化而变化，在试验介质一样的条件下，温度越高，泵的容积效率越高，下表是2台相同的螺杆泵在不同温度相同试验介质的条件下测定的容积效率变化情况。

表2 螺杆泵容积效率随定转子温度变化情况

2.定子管内径尺寸

定子管采购过程中，不同批次的定子管内径尺寸存在误差，在定子模芯一致的情况下，橡胶层的厚度就会产生差异。不同胶层厚度的螺杆泵在硫化后收缩量也不一致，这就会造成定子内腔尺寸的波动。按照橡胶收缩率4%计算，1mm厚的橡胶波动产生的内腔尺寸的变化大致在0.04mm。为了稳定定子内腔的尺寸，尽量选择统一尺寸的定子管，避免定子管尺寸波动对定子内腔尺寸产生影响。

3.橡胶质量的波动

不同批次的橡胶性能存在差异，在螺杆泵定子生产过程中，相同的加工工艺生产出来的定子内腔尺寸会有一定的差异。通常情况下，橡胶的硬度和黏度对定子内腔尺寸影响较大，硬度大，黏度高的橡胶注射加工时间较长，硫化后的收缩率较小，定子内腔尺寸较小。

4.模芯尺寸的影响

同一型号的螺杆泵往往加工几根模芯，由于设备本身的加工精度，不同模芯之间存在尺寸差异，以GLB500-20螺杆泵为例，其模芯径向尺寸的公差要求为±0.03mm，一根模芯与另一根模芯可能存在0.06mm的尺寸差异，同时，一根模芯不同的部位也存在尺寸差异。不同模芯生产出来的螺杆泵定子内腔尺寸存在差异，这会对螺杆泵的容积效率产生影响，即使是相同的模芯生产出来的定子，按照不同的装配方向，也会造成螺杆泵的性能差异，如果是双节螺杆泵，组合方式就会更多，不同组合方式的螺杆泵的性能也会存在不同。

5.定子制造工艺的影响

螺杆泵定子制造过程中的对模工艺也会对螺杆泵的容积效率产生影响。对模工艺控制不好，容易造成定子模芯的偏芯，从而使定子内腔型线弯曲，在与转子配合时，容易出现高扭矩低泵效的情况，影响泵的举升性能。

二、转子尺寸影响因素分析

螺杆泵依靠定转子之间的配合实现密封，转子尺寸也是影响容积效率的重要因素。螺杆泵转子主要的尺寸参数包括大径、小径、偏心和导程，其中偏心可以通过大径和小径计算得出。这些尺寸参数主要靠加工设备进行保证，不同的设备加工精度不同，即使同一加工设备也会存在加工误差，这些因素都会导致转子尺寸的波动，国内目前的转子加工设备最高能达到±0.03mm的加工精度，同一设计尺寸的转子可能存在0.06mm的尺寸差异，这种尺寸的波动会对泵效产生较大的影响。下表3是试验测定的同一台定子与不同尺寸的转子配合，在不同压力点下的容积效率。从试验可以看出不同转子尺寸对泵的容积效率的影响规律，在泄漏区，转子尺寸对容积效率的影响非常明显，随着转子尺寸的增加，泵容积效率提高，随着容积效率的提高，转子尺寸对容积效率的影响也越来越微弱，当到达零泄漏附近时，提高转子尺寸也不能提高泵的容积效率了。

三、试验环境的影响

1.试验介质的影响

不同的试验介质黏度不同，在相同过盈配合的条件下，黏度高的介质，泄漏量更小，泵效更高。因此，在进行螺杆泵性能试验时，应该对试验介质的黏度进行控制，减少试验介质的黏度差异对泵效性能的影响。

2.试验温度的影响

不同的试验温度主要影响试验介质的黏度和定子内腔的尺寸，随着温度的变化，试验介质的黏度会发生变化，下表4列出了螺杆泵试验普遍采用的32#液压油在不同温度下的黏度变化情况。同时受热胀冷缩的影响，定子内腔尺寸也会发生变化，这两种变化对泵效有相反的影响趋势，具体影响情况需看选用的试验介质，以及温度的变化范围。以目前螺杆泵试验普遍选用的32#液压油为例，在10～30℃的温度变化范围内，介质黏度随温度变化显著，而内腔尺寸变化较小，此时随温度的升高，泵效降低；超过30℃后，介质黏度随温度变化不再显著，此时随着温度的升高，定子内腔尺寸变小，定转子间过盈增加，密封性增加，泵效提高。以上从实际生产过程中对影响螺杆泵容积效率的几个因素进行了分析总结，分析只列出了影响螺杆泵容积效率的几个主要因素，一些次要的因素还没有列出，这还需要在实际生产中进行摸索。一些分析过程还停留在定性分析层面，缺乏相应的试验基础，还需要不断的试验分析与经验积累，只有完全摸清了这些因素对螺杆泵容积效率的影响规律，才能实现螺杆泵容积效率可控可调，为螺杆泵定转子的选配提供理论依据。