采油螺桿泵工作時,螺桿在襯套中的特定運動(行星運動)實現螺桿與襯套幾何型面的嚙合,從而完成對地下原油的舉升功能。這就決定著螺桿一襯套副之間的運動特性,以及運動特性與幾何參數的相關性,其中螺桿一襯套副的接觸滑動速度及其分布規律是影響其磨損的關鍵因素之一。
3G螺桿泵中兩個等螺距同旋向螺旋曲面副的空間共扼問題可轉化為平面共扼曲線副的相對運動問題,因此對單螺桿泵的嚙合狀況及運動特性分析可集中在螺桿一襯套副的橫截面上。螺桿泵轉子和定子的橫截面曲線簡稱線型。在工況下,與螺桿泵磨損密切相關的螺桿一襯套副間的運動特性和力學特性等主要取決于螺桿泵的線型及其參數組合,為此本章先簡要介紹螺桿泵的線型設計方法和過程,之后再研究螺桿一襯套副的運動特性。
由于長幅擺線不適用于保溫螺桿泵,普通內擺線是短幅內擺線在變幅系數為1時的情況,因此本章研究短幅內擺線型螺桿泵的螺桿一襯套副間的接觸滑動速度及其分布規律。
由單螺桿泵的工作原理和油田現場螺桿泵的失效統計數據看,螺桿一襯套副間的磨損是導致螺桿泵失效的主要原因之一。摩擦副的磨損程度主要取決于材料的能、滑動速度、法向壓力和潤滑條件等因素。本文直接針對螺桿泵磨損失效問題,根據采油螺桿泵的工況和使用性能要求,針對螺桿泵運動學特性和力學特性、螺桿泵壓力傳遞和分布規律,以及三螺桿泵襯套橡膠磨損特性等幾個方面,利用理論分析、數值模擬和試驗研究相結合的手段,系統地進行研究和探討,以搞清螺桿泵的磨損失效機理,探索降低螺桿一襯套副嚙合過程中的摩擦和磨損的方法和途徑,將螺桿泵檢泵周期短的局面。
螺桿泵在使用中遇到的問題
1、保溫螺桿泵在輸送高溫液體時個別情況抽不上油,其主要原因是閥漏氣,高粘度螺桿泵本身形成不了真空,所以抽不上油。
2、螺桿泵使用一段時間容易出現噪音大、振動大的問題,往往主要原因是螺桿油泵的主、被軸在長時間運轉下,特別是在輸送潤滑性差的介質時主被軸、符合套嚴重磨損造成的,應及時跟換。否則也會加快齒輪的磨損速度。
3、不銹鋼螺桿泵使用一段時間后特別是輸送低粘度潤滑性差的介質時,容易產生不上油或者流量不夠、壓力低的狀況。主要原因是螺桿油泵的內部齒輪經過長時間運轉,齒輪受到了磨損,使齒輪與泵之間的軸向間隙過大、齒輪端面與止推板之間的端面間隙也隨之增大,從而造成螺桿油泵內部在泵正常運轉的狀況下在泵內部產生大量內卸,所以造成了螺桿油泵的流量不夠,壓力低的狀況。
單螺桿泵的優勢是使用壽命長,不易出故障,運行。前蘇聯的標準提出泵輸送清潔的礦物油(運動粘度不小于0.4cSte和溫度達60℃)時,從啟用到次大修應不少于。平均工作期的故障出現間隔不少于6000h。當流量下降15%時,認為泵的壽命終了。日本川崎產品平均壽命10萬h以上,IMO公司產品壽命一般為3—20年。鴻海的產品輸送清潔的潤滑性介質時,壽命也普遍可達數萬小時,甚至更長。
不銹鋼螺桿泵采用變頻器控制流量,在低速運轉時噪聲就會變大。這是由于使電動機轉速發生變化的變頻器產生的輸入電流的波形不平滑,這也會使泵排出壓力的脈動增大。
重本節所述的從動螺桿是由密封腔內介質的液壓力矩推動旋轉的特點可以知道,這種擺線嚙合的三螺桿泵的運行還具有可逆性,而且由于螺桿直徑小,可減小回轉力矩,其飛輪效應很小,因此可以實現在起動時立即產生全負載轉矩,并可以轉向,噪聲也小。鴻海泵業曾對高壓三螺桿泵作過滿負載連續起動(停車再起動),每分鐘起動達10次之多。泵在停車時由于高壓介質的倒流,泵立即逆向轉動,再起動時泵又反向旋轉,動作自如,運行:故若把壓力源的介質輸入泵內,三螺桿泵就會變成液壓馬達,可以用它來帶動其他設備運轉,此時的三螺桿泵就變成為原動機了。液壓馬達和高粘度螺桿泵的差別僅僅在于和出口的互換。液壓馬達是高壓介質進入泵內,三螺桿泵則是高壓介質從泵內排出,因此兩者的旋轉方向相反。這種液壓馬達的效率仍會在相當的負荷范圍內保持很高。螺桿螺旋升角大的泵,即導程大的泵,作液壓馬達尤為優越。