螺杆泵国内外研发现状及发展趋势

螺杆泵国内外研发现状及发展趋势

螺杆泵是一种旋转式体积泵，主要由心轴的螺杆（旋转）和内表面的线性螺杆衬套（定州）组成。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滚动形成泵密封腔室。螺杆每转一周,密封腔中的液体向前推进一个螺距。随着螺杆的连续传动,液体以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,其结构简单,工作安全可靠,使用维修方便,流量平稳,压力稳定,并且有自吸能力、噪声低、效率高、寿命长、重量轻、对介质黏性不敏感等优点。一、高压旋转轴双螺杆泵1930年,法国莫伊诺(Moincau)获得螺杆泵的第一个专利。1931\_1934年,法国、美国开始试制用于管道液体输送的螺杆泵。1970\_1980年,前苏联、美国、加拿大在螺杆泵研发技术方面取得较大的进展。20世纪60年代初,我国天津市工业泵厂成功研制高压小流量三螺杆泵,并扩展为单、双、三螺杆泵专业厂。60年代中期,沈阳水泵厂研制出双、三螺杆泵,70年代成功研制了五螺杆泵。天津工业泵厂于1984年引进德国Allweiler公司的制造技术和英国Holroyd公司的2AC螺杆铣床和配套设备后,我国才开始批量生产螺杆泵。二、产厂家质量1,国外主要生产厂商及产品系列目前,国际上几十个国家,特别是发达国家,都有螺杆泵制造厂,其中比较著名的生产厂家有PCM、Schlumberger、Weatherford、Baker-Hughes等(见表1)。2,国内主要生产厂商及产品系列1984年以来,经过15年的发展,我国已有螺杆泵专业厂近30家。主要厂家有:天津市工业泵厂、西安远东机械制造公司曲杆泵厂、上海轻工机械技术研究所、北京石油机械厂、中成机械制造有限公司等(见表2)。三、螺杆泵新技术出现的问题随着螺杆泵研发技术水平的提高,加之新材料、新工艺的不断涌现,螺杆泵的泵体技术发展较快,出现了以下几类能够解决专项问题、满足不同需要的螺杆泵。1等壁厚螺杆泵加拿大Weatherford公司开发了一种等壁厚定子螺杆泵,在磨蚀和高压条件下,使用寿命和常规螺杆泵相同。与常规螺杆泵相比,等壁厚螺杆泵的泵体短、扭矩小、易于洗井。应用表明,其工作扭矩非常低,对电动机功率需求低。该型泵具有以下优点:①散热效率提高;②单级泵压差增大,泵长度缩短,扭矩和功率减小;③橡胶溶胀、热胀均匀;④适应范围更广;⑤结构更加优化;⑥转子不需抛光;⑦泵体质量更轻;⑧为洗井和压力监测提供了通道。2高含砂井管调剂型加拿大CAN-K公司开发了一种金属定子螺杆泵,其定子采用高铬钢材料,表面覆盖8～10mm的氟化橡胶。该型泵主要具有以下优点:①使用较少级数实现高压头;②可处理高含砂井液;③发生事故时,不需要起出转子,从而减少了作业费用。目前该工艺还存在以下缺点:①成本较高,是普通螺杆泵的3～4倍,但批量应用可降低成本;②扭矩较高;③由于产生热量高,对气井的适应性不强;④仍处于开发阶段,尚未成熟。3转子表面活性剂美国G-PEX公司开发了合成材料螺杆泵,其定子采用专利配方的合成材料,耐磨性高于钢铁,其中加入了减少摩擦的试剂,加工精度更高;转子表面覆盖一层聚氨酯,抗磨蚀性强,力学性能更好,适应流体和烃的范围广,同时采用等壁厚结构,提高系统效率。该型泵的优点:被磨损的是螺杆,而不是螺杆泵本体。4新型泵的优缺点加拿大Weatherford公司对原有插入式螺杆泵的结构进行了改进,新型泵的主要优点:①油管内无障碍;②顶部坐封,在油管和定子内不会沉砂;③采用金属坐封环,坐封力增大;④无须改变管柱即可适应螺杆泵的几种规格;⑤可以洗井。5磨铣出多个孔型泵美国CORLAC公司针对稠油开采开发了多吸入口螺杆泵(一种专利产品),在泵吸入端磨铣出几个孔,以增加泵的流入面积。该型泵适用于高黏度、流入动态差、出砂等油井。现场试验表明,该泵运行寿命大大延长。6空心转子螺杆泵针对常规实心转子螺杆泵暴露出的热洗清蜡困难、连喷带抽油杆柱脱落等问题,研制了空心转子螺杆泵。与实心转子螺杆泵相比,空心转子螺杆泵具有以下显著优势:①可实现大排量快速热洗清蜡;②可防止抽油杆脱扣。空心转子螺杆泵基本解决了小排量螺杆泵井的热洗清蜡和由于上顶力导致的杆柱脱扣问题,取得了十分可观的经济效益。7大排量螺杆泵随着油田进入高含水后期开采阶段,日产液150m3以上的大排量井数量逐年增加,但是,目前成熟的螺杆泵采油技术的排量范围只适应排量在5～150m3/d的油井,无法适应排量大于150m3/d油井的举升要求。为此,研制了2∶3的大排量螺杆泵。与单头大排量杆泵相比,这种泵具有以下技术特点:①泵排量大幅增加;②采用多头泵的设计方法后,偏心距减小,从而使螺杆泵定子橡胶厚薄不均的程度有所改善,对于提高定子橡胶的受力状况、延长使用寿命十分有利。该型泵首次将多线设计方法应用于采油螺杆泵,在现场应用中充分体现出排量大、泵效高的特点。四、后期研究课题我国对螺杆泵的研制起步较晚,螺杆泵应用仍处于初级阶段。近年来国外技术的引进,许多油田和厂家正致力于螺杆泵的研究并开始现场应用和试验。为满足大规模工业应用的需要,建议后期研究课题主要是围绕探索新型螺杆泵、优选螺杆泵结构参数、合理选择螺杆衬套与转子配合过盈量、智能化控制、长寿命高效平稳运行、满足特殊井的举升需要等方面开展技术攻关;经过大量的文献调研,螺杆泵的研究工作主要可从以下几个方面来进行:12开发电子显微油螺杆泵为满足外围油田低产水平井斜井段或水平段举升的需要,开发电动潜油螺杆泵。2元复合驱井结垢为解决小排量井热洗清蜡困难、中排量井杆柱频繁脱落、三元复合驱井结垢等难题,主要研究开发金属定子螺杆泵、合成材料螺杆泵、插入式螺杆泵、多吸入口螺杆泵和多头大排量螺杆泵。3螺杆泵转子的影响主要研究螺杆泵定子在不同压力、转速、流量等条件下的受力状态和变形规律,以及材料对变形规律、使用寿命的影响;螺杆泵转子在不同压力、转速、流量等条件下的受力状态和变形规律,以及材料对变形规律、使用寿命的影响;使定、转子具有良好的力学性能及较好的工作性能。结构参数的好坏会影响泵的排量和密封性能,也会影响定子衬套的工作寿命。4定、转子过盈量的确定研究螺杆泵在不同扬程、不同井液黏度下最优工作状态时定、转子的合理过盈量;研究定、转子摩擦产生的温度场对定、转子线型及过盈量的影响。根据不同的橡胶材料、不同的工作环境条件,选择不同的配合过盈量。5延长螺杆泵使用寿命采用多头泵的设计方法,在保证设计参数合理的情况下,使泵的工作腔数量\,排量增加,但偏心距减小,改善定子橡胶的受力状况,延长螺杆泵使用寿命。6结构参数不相同,影响技术优势的发挥国内外生产螺杆泵的厂家较多,目前螺杆泵制造和质量检测没有统一的标准,各制造厂的螺杆泵结构参数和工作参数不相同,产品的互换性相当差,造成现场使用和维修相当不便,严重影响了螺杆泵技术优势的发挥。因此,有必要实现标准化和系列化,从而提出螺杆泵生产制造、质量检测标准,提供螺杆泵定