影响螺杆泵密封性能的因素分析

李伟明

（大庆油田力神泵业有限公司，黑龙江 大庆 163000）

在油田当中，螺杆泵因为有着占地面积较小、产生的噪音较小和节能等优势通常被首选为举升设备，其投资成本低、对环境资源破坏较小，是油田经济开发实现良好采油的关键手段。但是其使用的范围只能是井深比较浅的油气井中，一般井深不能超过2000米，一旦超过深度，螺杆泵的优势就不能很好的发挥出来，其中密封性能是影响螺杆泵举升能力的关键因素，是目前最需要解决的问题。

1 螺杆泵概念及工作原理

1.1 螺杆泵概念

我国市场上目前螺杆泵的种类有很多，主要根据螺杆的数目不同进行分类，一般我们使用的螺杆数目不会大于3个，螺杆泵指的是泵自身与螺杆通过啮合运动从而实现提高油压进行输油的泵。

1.2 螺杆泵特点

目前我国螺杆泵的发展速度越来越快，因为有着自身的多种优点所以被广泛的应用，螺杆泵的主要优点有以下几个方面：（1）因为螺杆泵输油使油体均匀的在管道内运动，降低了管道损害的程度。（2）我国石油资源目前在不同地区开采的原油差异较大，其中粘度变化也很大，螺杆泵适用于不同类型的原油的输送工作。（3）无论输油量的大小，螺杆泵都可以满足。（4）螺杆泵有着简单的内部机构，原油的流动相对简单，产生的干扰较小，泵的效率得到提高。（5）螺杆泵操作简单，螺杆泵的控制主要通过驱动装置的改变就可以实现。

1.3 螺杆泵工作原理

螺杆泵一般分为两部分，转子和定子，两部分之间有一定的空间，一般转子围绕定子运动，螺杆泵在工作的时候，空腔内的原油会向排出端进行运动，达到原油排出泵外的效果，然后在空腔内又会有新的原油被带入，经过反复的此过程运动，最终原油被输送到新的管道。

2 造成螺杆泵密封性能故障的主要原因

我国目前螺杆泵的研究发展方向为新材料的使用，以改变螺杆泵的整体性能和延长使用寿命，但是螺杆泵的密封性能还是受到很多因素的影响，主要表现在以下几个方面。

2.1 橡胶衬套与转子之间压力过大

螺杆泵在实际的工作状态中，其中转子和橡胶轴套之间往往存在过盈的问题，过盈的现象可以有效的减少流体的损失，但是因为过盈的问题导致螺杆泵的内壁压力和密封腔压力产生压力差，压力差的产生降低了密封性能，从而导致泄漏。

螺杆泵的过盈量是指螺杆泵的内部结构橡胶内衬和转子之间的过盈量大小尺寸，螺杆泵内部定子和转子之间的过盈量关系直接由这个尺寸的大小决定。想要螺杆泵的密封性能完好，就要保持螺杆泵处于一个良好的过盈量，保障密封室内的定子和转子之间尺寸完美的配合，螺杆泵的密封性能受这个工作流程的影响较大，螺杆泵内过盈量大小在级数没有发生改变的前提下，密封腔内的定子和转子承载压力的大小受到过盈量直接影响，最终对螺杆泵内部的举升能力有着明显的影响，想要对螺杆泵的举升能力进行增加，就要加大螺杆泵内部的过盈量，进而加强密封腔内定子和转子的密封性能。一般情况下我们通常采用最大接触压力法，分析和评价螺杆泵密封性能和过盈量之间的关系，最终确定出螺杆泵举升能力和过盈量之间的影响。

2.2 橡胶衬套剪切应力

因为螺杆泵内衬套和密封位置发生变形抗力，在过盈配合作用影响下产生接触应力，两个相邻的密封腔达到密封效果。剪切力是螺杆泵在运行过程中由转子和液压力直接产生的，剪切力不能超过橡胶材料的强度，否则会发生橡胶衬套撕裂的现象，导致螺杆泵密封效果失效，影响生产需要。

2.3 设备材料的硬度对螺杆泵性能产生的直接影响

设备的变形能力主要由材料的硬度反映出来，材料之所以产生弹性变形，主要是因为材料的弹性模量影响，材料的弹性模量是一种本质的属性，和材料本身的特性和尺寸大小没有任何关系，弹性模量数值越大材料越不容易发生弹性变形。我们再从微观方面进行分析，弹性模量主要指的是原子在材料的内部产生的拉力大小的物理量，弹性模量不会因为材料的大小、成分和重量改变产生任何影响。材料的硬度是一个物理量，是在材料塑性条件下测量出来的，材料的内部组成和材料硬度的关系并不大。我们经过研究发现，螺杆泵的密封性能和材料设备之间受到以上两种因素的影响并不大，但是在实际的生产过程中显示，材料的硬度随着材料的弹性模量变大而增加。首先螺杆泵衬套内密封腔的内部压力增加随之最大的接触压力就会降低，两种压力之间的变化基本保持在一种平衡的状态。然后如果我们把螺杆泵内部的橡胶衬套的材料硬度加大，那么螺杆泵定子和转子的最大接触压力就会随之升高，螺杆泵密封腔的密封效果就会越来越好。反之如果我们对螺杆泵内部的橡胶衬套材料硬度降低，导致螺杆泵定子和转子的接触压力就会随之减小，密封腔内的密封效果也会变差。最后想要橡胶产生的变形能力减小就要对定子内橡胶硬度变大，于密封腔内的压力变形量也会减小，达到内部密封性能提高的效果。所以我们要对螺杆泵选择合适的橡胶材料，首选橡胶材料硬度比较大的作为定子橡胶衬套，最终保障其密封效果。

3 提高螺杆泵密封性能的有效对策

3.1 适当增加过盈量

螺杆泵的过盈量一般是指在其内部转子和定子橡胶衬套之前的配合尺寸过盈，定子与转子之间的过盈在螺杆泵的工作中是不可避免的，是为了保障螺杆泵内密封腔的密封性能。所以设备的性能在很大的程度上取决于定子和转子之间的过盈量值，在螺杆泵级数不发生改变的前提下，内部密封腔的承压能力一般由过盈量大小所决定的，螺杆泵的举升能力也随之影响。分析研究表示，密封腔内的压力和接触最大压力呈变化趋势负相关，密封腔内压力越大，接触最大压力就随之减小。密封腔内的压力会随着过盈量的增加而增加。当我们的研究参数不发生改变的情况下，想要提高密封腔的密封性能和举升能力，就要选择过盈量较大的螺杆泵，有助于螺杆泵应用于更广泛的领域。电动螺杆泵的引进也是目前生产过程中比较常见的，电动螺杆泵的优势在于能够有效防止流体进入螺杆泵中，导致螺杆泵的运行效率降低。

3.2 选择硬度较高的材料

材料的变形能力主要受到材料硬度的影响，材料的弹性值和材料的变形程度成正比，正常情况下弹性模量和硬度之间理论上是具有一定联系的，弹性模量会随着材料硬度的增加而增加，所以该因素也会对螺杆泵的密封性能产生一定的影响。所以我们在对螺杆泵的定子材料进行选择的时候，一般选择硬度比较大的橡胶材料，从而满足螺杆泵的密封性能。

3.3 合理优化螺杆泵结构参数

螺杆泵的结构是影响橡胶衬套密封性的主要因素，在螺杆泵的结构内压力和压力差的综合作用下对橡胶衬套的体积产生压缩变形和几何形状变形，普通的螺杆泵和等壁厚的螺杆泵在最大接触压力和密封腔内压力的变化规律上基本相同，我们采用力学对橡胶结构件进行分析的时候，为了研究中不受到不确定因素的影响，一般将橡胶材料作为不可压缩材料，螺杆泵整体就会因为极为微小的橡胶压缩从而发生改变，导致螺杆泵的整体性能会受到参数的改变而产生影响。想要提高螺杆泵的密封性能，就要对螺杆泵的整体结构进行科学合理的优化，利用现代科技信息技术，研究和开发一套螺杆泵整体机构参数调整的软件，实现对螺杆泵生产运行的实时监督，各种参数的匹配，达到螺杆泵架构参数优化的目的。

4 结语

经过以上对螺杆泵的研究分析可以发现，在输油中螺杆泵有着明显的优势，占有重要地位。但是螺杆泵的密封问题是影响螺杆泵发展的致命问题，对输油的效率有着直接的影响。我们主要对螺杆泵密封性能出现的问题进行分析，影响的因素进行解决，找到相关的措施来解决螺杆泵密封性能的问题，达到输油效率的提高，进而推动螺杆泵技术的应用。

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