螺杆泵故障原因分析及对策

一、 螺杆泵采油工艺简介 .2二螺杆泵的分类 .22.1 单 螺 杆 泵 .22.2 双螺杆泵和多螺杆泵 .22.3 排量 .32.4 功率 .3三、螺杆泵的基本工作原理以及结构 .43.1 .43.2 .53.3 .6四、 螺杆泵性能特点 .6五螺杆泵在污水处理中的选用及应用过程 .85.1、螺杆泵的转速选用 .85.2、螺杆泵的品质 .85.3、确保杂物不进入泵体 .95.4、避免断料 .95.5、保持恒定的出口压力 .9六、单螺杆泵输送脱水干污泥的应用实例 .106.1 两个工程实例 .106. 2 泵的选用 .126.3 输送管道 .136. 4 寿命与经济性 .146.5 前景瞻望 .15七、螺杆泵采油故障原因分析 .15八、对策 .17摘要介绍了螺杆泵的分类、结构、工作原理和特点。螺 杆 泵 在 污 水 处 理 中 的 选 用 及 应 用 过程 。 分析了大排量螺杆泵井杆、管磨损原因，即主要由螺杆泵在运转过程中油管弯曲、工作参数不合理及转子离心惯性力和倾倒力矩产生的杆管接触载荷造成的，并提出了优化下泵参数、杆泵优化匹配及全井扶正技术，采取井下安装单流阀、井口安装放气阀等技术措施，是解决抽油杆反转造成杆脱的有效方法，可降低杆、管磨损发生几率，应用效果明显。对其在古城油矿使用过程中出现的问题进行分析，并提出相应的对策。关键词：螺杆泵；原理；故障分析；对策一、螺杆泵采油工艺简介螺杆泵作为一种油田采输工艺技术，是一种行之有效的采输手段，广泛应用于采油生产，而且被广泛应用于油田地面油气集输系统。这一切均取决于其对于输送介质物性有着优越的适应性，尤其是对于气液混合物的输送，能很好的解决普通容积泵所面临的气蚀、气锁、砂卡问题，达到很高的效率。二螺杆泵的分类螺 杆 泵 按 螺 杆 数 量 分 为 。 单螺 杆 泵 单 根 螺 杆 在 泵 体 的 内 螺 纹 槽 中 啮 合 转 动 的 泵 。双螺杆泵由两个螺杆相互啮合输送液体的泵。2.1 单 螺 杆 泵是 一 种 单 螺 杆 式 输 运 泵 ,它 的 主 要 工 作 部 件 是 偏 心 螺 旋 体 的 螺 杆 （ 称 转 子 ） 和内 表 面 呈 双 线 螺 旋 面 的 螺 杆 衬 套 （ 称 定 子 ） 。 其 工 作 原 理 是 当 电 动 机 带 动 泵 轴 转 动时 ,螺 杆 一 方 面 绕 本 身 的 轴 线 旋 转 ,另 一 方 面 它 又 沿 衬 套 内 表 面 滚 动 ,于 是 形 成 泵 的密 封 腔 室 。 螺 杆 每 转 一 周 ,密 封 腔 内 的 液 体 向 前 推 进 一 个 螺 距 ,随 着 螺 杆 的 连 续 转 动 ,液体 螺 旋 形 方 式 从 一 个 密 封 腔 压 向 另 一 个 密 封 腔 ,最 后 挤 出 泵 体 。 螺 杆 泵 是 一 种 新 型的 输 送 液 体 的 机 械 ,具 有 结 构 简 单 、 工 作 安 全 可 靠 、 使 用 维 修 方 便 、 出 液 连 续 均 匀 、压 力 稳 定 等 优 点 。 一 种 利 用 螺 杆 的 旋 转 来 吸 排 液 体 的 泵 ， 它 最 适 于 吸 排 黏 稠 液 体 。多螺杆泵由多个螺杆相互啮合输送液体的泵。2.2 双螺杆泵和多螺杆泵下 面 以 三 螺 杆 为 例 ： 它 主 要 是 由 固 定 在 泵 体 中 的 衬 套 (泵 缸 )以 及 安 插 在 泵 缸 中 的 主 动 螺 杆 和 与 其 啮 合 的 两 根 从 动 螺 杆 所 组 成 。 三 根 互 相 啮 合 的 螺 杆 ， 在 泵 缸内 按 每 个 导 程 形 成 为 一 个 密 封 腔 ， 造 成 吸 排 口 之 间 的 密 封 。泵 工 作 时 ， 由 于 两 从 动 螺 杆 与 主 动 螺 杆 左 右 对 称 啮 合 ， 故 作 用 在 主 动 螺 杆 上的 径 向 力 完 全 平 衡 ， 主 动 螺 杆 不 承 受 弯 曲 负 荷 。 从 动 螺 杆 所 受 径 向 力 沿 其 整 个 长度 都 由 泵 缸 衬 套 来 支 承 ， 因 此 ， 不 需 要 在 外 端 另 设 轴 承 ， 基 本 上 也 不 承 受 弯 曲 负荷 。 在 运 行 中 ， 螺 杆 外 圆 表 面 和 泵 缸 内 壁 之 间 形 成 的 一 层 油 膜 ， 可 防 止 金 属 之 间的 直 接 接 触 ， 使 螺 杆 齿 面 的 磨 损 大 大 减 少 。螺 杆 泵 工 作 时 ， 两 端 分 别 作 用 着 液 体 的 吸 排 压 力 ， 因 此 对 螺 杆 要 产 生 轴 向 推 力 。对 于 压 差 小 于 10 千 克 力 /cm2 的 小 型 泵 ， 可 以 采 用 止 推 轴 承 。 此 外 ， 还 通 过 主 动螺 杆 的 中 央 油 孔 将 高 压 油 引 入 各 螺 杆 轴 套 的 底 部 ， 从 而 在 螺 杆 下 端 产 生 一 个 与 轴向 推 力 方 向 相 反 的 平 衡 推 力 。螺 杆 泵 和 其 它 容 积 泵 一 样 ， 当 泵 的 排 出 口 完 全 封 闭 时 ， 泵 内 的 压 力 就 会 上 升 到使 泵 损 坏 或 使 电 动 机 过 载 的 危 险 程 度 。 所 以 ， 在 泵 的 吸 排 口 处 ， 就 必 须 设 置 安 全 阀 。螺 杆 泵 的 轴 封 ， 通 常 采 用 机 械 轴 封 ， 并 可 根 据 工 作 压 力 的 高 低 采 取 不 同 的 形 式 。2.3 排量螺 杆 泵 的 理 论 排 量 可 由 下 式 计 算 ：Qt=60Ftn m3/h式 中 ： F泵 缸 的 有 效 截 面 积 ， cm2； t螺 杆 螺 纹 的 导 程 ， m； n主 动 螺杆 的 每 分 钟 转 数 。螺 杆 泵 的 内 部 泄 漏 量 Qs：Qs=p/m式 中 ： p泵 的 工 作 压 力 ； 所 排 送 的 液 体 的 粘 度 ； 与 螺 杆 直 径 和 有 效长 度 有 关 的 系 数 ； m=0.3-0.5。泵 在 压 送 不 同 粘 度 的 液 体 时 ， 其 排 量 会 发 生 变 化 。 排 量 和 粘 度 的 关 系 可 由 下式 表 示 ：Q2=Qt-(Qt-Q1)(1/2)m式 中 ： Q1粘 度 为 1 时 的 排 量 ； Q2粘 度 为 2 时 的 排 量 。2.4 功率泵 的 轴 功 率 一 般 为 水 功 率 、 摩 擦 功 率 和 泄 漏 损 失 功 率 这 三 部 分 的 总 和 。水 功 率 Nc 是 指 单 位 时 间 内 泵 传 给 液 体 的 能 量 ， 也 称 输 出 功 率 ， 可 用 下 式 计算 ：Nc=PQ10-3 千 瓦式 中 ： P泵 的 排 出 压 力 和 吸 入 压 力 之 差 ， 帕 ； Q泵 的 实 际 排 量 ， m3/s。摩 擦 功 率 是 指 液 体 粘 性 阻 力 产 生 的 摩 擦 损 失 ， 可 由 下 式 表 示 ：Nf=Kn1.5D2 m 千 瓦式 中 ： n转 速 ； D主 动 螺 杆 的 外 径 ； 粘 度 ； K与 螺 杆 长 度 有 关 的 系 数 ；m=0.3-0.5。由 上 可 见 ， 当 泵 运 送 的 液 体 粘 度 不 同 时 ， 泵 的 轴 功 率 也 将 不 同 。泄 漏 损 失 是 指 液 体 从 高 压 处 漏 回 低 压 处 所 造 成 的 功 率 损 失 。所 以 ， 当 计 算 泵 的 轴 功 率 时 ， 如 采 用 理 论 排 量 ， 则 泵 的 轴 功 率 由 下 式 表 示 ：N=NfPQt10-3 千 瓦三、螺杆泵的基本工作原理以及结构3.1 螺杆泵的基本工作原理螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其 中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在 各空间中的液体不断排出，犹如一螺母在螺纹回转时被不断 向前推进的情形那样，这就是螺杆泵的基本工作原理。螺杆与壳体之间的密封面是一个空间曲面。 在这个曲面上存在着诸如 ab 或 de 之类的非密封区，并且与螺杆的凹槽部分形成许多三角形的缺口 abc、def。这些三角形 的缺口构成液体的通道，使主动螺杆凹槽 A 与从动螺杆上的 凹槽 B、C 相连通。而凹槽B、C 又沿着自己的螺线绕向背面， 并分别和背面的凹槽 D、E 相连通。由于在槽 D、E与槽 F 相衔接的密封面上，也存在着类似于正面的三 角形缺口 abc，所以D、F、E 也将相通。这样，凹槽 ABCDEA 也就组成一个“” 形的密封空间。不难想象，在这样的螺杆上，将形成许多个独立的“”形密封空间，每一个密封空间所占有的轴向长度恰好等于累杆的导程 t。因此，为了使螺杆 能吸、排油口分隔开来，螺杆的螺纹段的长度至少要大于一个导程。从上述工作原理可以看出，螺杆泵有以下优点：1）压力和流量范围宽阔。压力约在 3.4-340 千克力/cm 2，流量可达 18600cm3/分；2）运送液体的种类和粘度范围宽广；3）因为泵内的回转部件惯性力较低，故可使用很高的转速；4）吸入性能好，具有自吸能力；5）流量均匀连续，振动小，噪音低；6）与其它回转泵相比，对进入的气体和污物不太敏感；7）结构坚实，安装保养容易。螺杆泵的缺点是，螺杆的加工和装配要求较高；泵的性能 对液体的粘度变化比较敏感。3.2 三螺杆泵的结构它主要是由固定在泵体中的衬套以及安插在泵缸中的主动螺杆和与其啮合的两根从动螺杆所组成。三根互相 啮合的螺杆，在泵缸内按每个导程形成为一个密封腔，造成 吸排口之间的密封。泵工作时，由于两从动螺杆与主动螺杆左右对称啮合， 故作用在主动螺杆上的径向力完全平衡，主动螺杆不承受弯曲负荷。从动螺杆所受径向力沿其整个长度都由泵缸衬套来支承，因此，不需要在外端另设 轴承，基本上也不承受弯曲负荷。在运行中，螺杆外圆表面和 泵缸内壁之间形成的一层油膜，可防止金属之间的直接接触，使螺杆齿面的磨损大大减少。螺杆泵工作时，两端分别作用着液体的吸排压力，因此对螺杆要产生轴向推力。对于压差小于 10 千克力/cm2 的小型泵，可以采用止推轴承。此外，还通过主动螺杆的中央油孔将 高压油引入各螺杆轴套的底部，从而在螺杆下端产生一个与轴向推力方向相反的平衡推力。螺杆泵和其它容积泵一样，当泵的排出口完全封闭时，泵内的压力就会上升到使泵损坏或使电动机过载的危险程度。所以，在泵的吸排口处，就必须设置安全阀。螺杆泵的轴封，通常采用机械轴封，并可根据工作压力的高低采取不同的形式。3.3 螺杆泵的管理1 、起动螺杆泵应在吸排停止阀全开的情况下起动，以防过载或吸空。螺杆泵虽然具有干吸能力，但是必须防止干转，以免擦伤工作表面。假如泵需要在油温很低或粘度很高的情况下起动，应在吸排阀和旁通阀全开的情况下起动，让泵起动时的负荷最低，直到原动机达到额定转速时，再将旁通阀逐渐关闭。当旁通阀开启时，液体是在有节流的情况下在泵中不断循环流动的，而循环的油量越多，循环的时间越长，液体的发热也就越严重，甚至使泵因高温变形而损坏，必须引起注意。2 、运转螺杆泵必须按既定的方向运转，以产生一定的吸排。泵工作时，应注意检查压力、温度和机械轴封的工作。对轴封应该允许有微量的泄漏，如泄漏量不超过 20-30 秒/滴，则认为正常。假如泵在工作时产生噪音，这往往是因油温太低，油液粘度太高，油液中进入空气，联轴节失中或泵过度磨损等原因引起。3 、停车泵停车时，应先关闭排出停止阀，并待泵完全停转后关闭吸入停止阀。4 、螺杆泵因工作螺杆长度较大，刚性较差，容易引起弯曲，造成工作失常。对轴系的连接必须很好对中；对中工作最好是在安装定位后进行，以免管路牵连造成变形；连接管路时应独立固定，尽可能减少对泵的牵连等。此外，备用螺杆，在保存时最好采用悬吊固定的方法，避免因放置不平而造成的变形。四、 螺杆泵性能特点螺杆泵因其可变量输送、自吸能力强、可逆转、能输送含固体颗粒的液体等特点，在污水处理厂中，广泛地被使用在输送水、湿污泥和絮凝剂药液方面。螺杆泵选用应遵循经济、合理、可靠的原则。如果在设计选型方面考虑不周，会给以后的使用、管理、维修带来麻烦，所以选用的一台按生产实际需要，合理可靠的螺杆泵既能保证生产顺利进行，又可降低修理成本。4.1、螺杆泵的转速选用 螺杆泵的流量与转速成线性关系，相对于低转速的螺杆泵，高转速的螺杆泵虽然能增加了流量和扬程，但功率明显增大，高转速加速了转子与定子间的磨耗，必定使螺杆泵过早失效，而且高转速螺杆泵的定转子长度很短，极易磨损，因而缩短了螺杆泵的使用寿命。 通过减速机或无级调速机构来降低转速，使勘转速保持在每分三百转以下较为合理的范围内，与高速运转的螺杆泵相比，使用寿命能延长几倍。 4.2、螺杆泵的品质 现在市场上的螺杆泵的种类较多，相对而言，进口的螺杆泵设计合理，材质精良，但价格较高，服务方面有的不到位，配件价格高，订货周期长，可能影响生产的正常运行。国内生产的大都仿制进口产品，产品质量良莠不齐，在选用国内生产的产品时，在考虑其性价比的时候，选用低转速，长导程，传动量部件材质优良，额定寿命长的产品。4.3、确保杂物不进入泵体 湿污泥中混入的固体杂物会对螺杆泵的橡胶材质定子造成损坏，所以确保杂物不进入泵的腔体是很重要的，很多污水厂在泵前加装了粉碎机，也有的安装格栅装置或滤网，阻挡杂物进入螺杆泵，对于格栅应及时清捞以免造成堵塞。 4.4、避免断料 螺杆泵决不允许在断料的情形下运转，一经发生，橡胶定子由于干磨擦，瞬间产生高温而烧坏，所以，粉碎机完好，格栅畅通是螺杆泵正常运转的必要条件之一，为此，有些螺杆泵还在泵身上安装了断料停机装置，当发生断料时，由于螺杆泵其有自吸功能的特性，腔体内会产生真空，真空装置会使螺杆泵停止运转。 4.5、保持恒定的出口压力 螺杆泵是一种容积式回转泵，当出口端受阻以后，压力会逐渐升高，以至于超过预定的压力值。此时电机负荷急剧增加。传动机械相关零件的负载也会超出设计值，严重时会发生电机烧毁、传动零件断裂。为了避免螺杆泵损坏，一般会在螺杆泵出口处安装旁通溢流阀，用以稳定出口压力，保持泵的正常运转。五螺杆泵在污水处理中的选用及应用过程螺 杆 泵 因 其 有 可 变 量 输 送 、 自 吸 能 力 强 、 可 逆 转 、 能 输 送 含 固 体 颗 粒 的 液 体 等 特点 ， 在 污 水 处 理 厂 中 ， 广 泛 地 被 使 用 在 输 送 水 、 湿 污 泥 和 絮 凝 剂 药 液 方 面 。 螺 杆 泵选 用 应 遵 循 经 济 、 合 理 、 可 靠 的 原 则 。 如 果 在 设 计 选 型 方 面 考 虑 不 周 ， 会 给 以 后 的使 用 、 管 理 、 维 修 带 来 麻 烦 ， 所 以 选 用 一 台 按 生 产 实 际 需 要 ， 合 理 可 靠 的 螺 杆 泵 既能 保 证 生 产 顺 利 进 行 ， 又 可 降 低 修 理 成 本 。5.1、螺杆泵的转速选用 螺 杆 泵 的 流 量 与 转 速 成 线 性 关 系 ， 相 对 于 低 转 速 的 螺 杆 泵 ， 高 转 速 的 螺 杆 泵 虽能 增 加 了 流 量 和 扬 程 ， 但 功 率 明 显 增 大 ， 高 转 速 加 速 了 转 子 与 定 子 间 的 磨 耗 ， 必 定使 螺 杆 泵 过 早 失 效 ， 而 且 高 转 速 螺 杆 泵 的 定 转 子 长 度 很 短 ， 极 易 磨 损 ， 因 而 缩 短 了螺 杆 泵 的 使 用 寿 命 。 通 过 减 速 机 构 或 无 级 调 速 机 构 来 降 低 转 速 ， 使 其 转 速 保 持 在 每 分 三 百 转 以 下 较为 合 理 的 范 围 内 ， 与 高 速 运 转 的 螺 杆 泵 相 比 ， 使 用 寿 命 能 延 长 几 倍 。 5.2、螺杆泵的品质 现 在 市 场 上 的 螺 杆 泵 的 种 类 较 多 ， 相 对 而 言 ， 进 口 的 螺 杆 泵 设 计 合 理 ， 材 质 精良 ， 但 价 格 较 高 ， 服 务 方 面 有 的 不 到 位 ， 配 件 价 格 高 ， 订 货 周 期 长 ， 可 能 影 响 生 产的 正 常 运 行 。 国 内 生 产 的 大 都 仿 制 进 口 产 品 ， 产 品 质 量 良 莠 不 齐 ， 在 选 用 国 内 生 产 的 产 品 时 ，在 考 虑 其 性 价 比 的 时 候 ， 选 用 低 转 速 ， 长 导 程 ， 传 动 量 部 件 材 质 优 良 ， 额 定 寿 命 长的 产 品 。 5.3、确保杂物不进入泵体 湿 污 泥 中 混 入 的 固 体 杂 物 会 对 螺 杆 泵 的 橡 胶 材 质 定 子 造 成 损 坏 ， 所 以 确 保 杂 物不 进 入 泵 的 腔 体 是 很 重 要 的 ， 很 多 污 水 厂 在 泵 前 加 装 了 粉 碎 机 ， 也 有 的 安 装 格 栅 装置 或 滤 网 ， 阻 挡 杂 物 进 入 螺 杆 泵 ， 对 于 格 栅 应 及 时 清 捞 以 免 造 成 堵 塞 。 5.4、避免断料 螺 杆 泵 决 不 允 许 在 断 料 的 情 形 下 运 转 ， 一 经 发 生 ， 橡 胶 定 子 由 于 干 摩 擦 ， 瞬 间产 生 高 温 而 烧 坏 ， 所 以 ， 粉 碎 机 完 好 ， 格 栅 畅 通 是 螺 杆 泵 正 常 运 转 的 必 要 条 件 之 一 ，为 此 ， 有 些 螺 杆 泵 还 在 泵 身 上 安 装 了 断 料 停 机 装 置 ， 当 发 生 断 料 时 ， 由 于 螺 杆 泵 其有 自 吸 功 能 的 特 性 ， 腔 体 内 会 产 生 真 空 ， 真 空 装 置 会 使 螺 杆 泵 停 止 运 转 。 5.5、保持恒定的出口压力 螺 杆 泵 是 一 种 容 积 式 回 转 泵 ， 当 出 口 端 受 阻 以 后 ， 压 力 会 逐 渐 升 高 ， 以 至 于 超过 预 定 的 压 力 值 。 此 时 电 机 负 荷 急 剧 增 加 。 传 动 机 械 相 关 零 件 的 负 载 也 会 超 出 设 计值 ， 严 重 时 会 发 生 电 机 烧 毁 、 传 动 零 件 断 裂 。 为 了 避 免 螺 杆 泵 损 坏 ， 一 般 会 在 螺 杆泵 出 口 处 安 装 旁 通 溢 流 阀 ， 用 以 稳 定 出 口 压 力 ， 保 持 泵 的 正 常 运 转 。单 螺 杆 泵 性 能 参 数型 号转速r/min流量m/h压力MPa电机KW扬程m进口mm出口mmG20-1 960