《螺杆泵密封性能影响因素分析》
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[摘 要]螺杆泵是油气田开发中最常见的设备,其密封性能将对其工作效率产生直接影响.针对螺杆泵的密封性问题,首先对其工作原理和特点进行简单介绍,深入分析影响其密封性的相关因素及原因,并提出有效的提高密封性的措施,为提高螺杆泵的工作效率奠定基础.研究表明：螺杆泵具有工作效率高、适用范围广等特点,但是压力、应力以及设备材料都会对其密封性能产生影响,因此,应从增加过盈量、增加材料硬度以及优化设备参数三方面出发,采取多项措施,提高其密封性能.
[关键词]螺杆泵 密封性能 工作原理 影响因素 相关措施
中图分类号：G635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0112-01
在进行油气田开发的过程中,螺杆泵是最常见的举升设备,该设备具有占地面积小、工作效率高、工作噪声小以及设备投资低廉等特点,是每个油气田单位进行油气开采的关键设备[1].但是在螺杆泵的使用中,常常会由于各种原因产生密封性能不佳的问题,而密封性能将对其工作效率产生直接影响,因此,提高螺杆泵的密封性能十分重要.目前,国内外学者的研究重点主要集中于如何通过改善管理,从而提高其密封性能方面,研究过程并没有对影响其密封性能的因素进行深入分析,这给油气田单位带来了极大的困扰.针对此问题,本文将从螺杆泵的工作原理出发,对其密封性能的影响因素进行深入分析,并提出有效的提高密封性能的措施,为提高油气田单位的生产效率奠定基础.
1.螺杆泵工作原理及特点分析
油气田单位中最常见的螺杆泵主要由两部分组成,分别是转子和定子,在螺杆泵的工作中,转子将在定子周围运动,螺杆泵空腔中的原油会随转子的运行逐渐向其排出口移动,从而将泵内的原油排出,此时,油井内的原油会再次进入螺杆泵中,经过不断的反复,使得原油逐渐进入管道内.
目前,螺杆泵在应用中主要有五大特点：①螺杆泵在使用的过程中可以使原油均匀的流入管道,从而避免压力变化对管道产生损伤；②螺杆泵的应用范围相对较广,对于我国这种原油粘度因区域不同变化较大的国家十分适用；③螺杆泵对输油泵并没有严格要求,即可适应不同输油量的要求；④螺杆泵内部的结构相对较为简单,因此,在使用的过程中受外界影响的可能性相对较小；⑤在使用螺杆泵的过程中,操作较为简单,可以通过调节其驱动装置实现其控制.
2.螺杆泵密封性能影响因素分析
（1）压力因素
在使用螺杆泵的过程中,其内部的转子与周围的橡胶轴套之间一般都存在过盈问题,这样可以有效的避免原油的流动损失,但是,该问题也会导致螺杆泵的内部与密封腔之间存在一定的压差,压差的存在会使得其整体的密封性能下降,甚至可能会导致泄露问题.所谓的过盈量主要指的是内部转子与内衬之间的过盈量,如果既想提高设备的密封性能,又要保证不会出现原油流动损失,就必须对这个过盈量进行合理的设计,从而使得转子与定子之间保持完美的位置[2].一般来说,该过盈量产生变化时,设备内部的转子与定子之间所受的压力将会产生直接变化,该变化将间接对设备的工作效率产生影响.要实现提高设备工作效率的目的,就必须提高设备的过盈量,进而使得设备的密封性得到提升.目前,常见的研究主要是通过接触压力测试法对不同型号螺杆泵的过盈量进行分析,从而确定工作效率与过盈量之间的关系.
（2）应力因素
一般情况下,当螺杆泵受到外界应力的影响时,其内部的内衬结构将会产生变形,同时,内部的密封位置也将产生变化,在两者的配合下,从而使得设备的密封性能不受影响.但是,如果外界施加的应力输于剪切应力,且超过了橡胶的抗剪切强度,则会使得设备的内衬遭受破坏,进而导致密封性能失效.
（3）设备材料因素
一般情况下,任何设备的抗变形性能都是由其组成材料所决定的,设备产生变形主要是因为组成材料的弹性模量受到一定的影响所引起的,该弹性模量的数值与设备的大小及形状无关,仅与设备的组成材料有关,当材料的弹性模量相对较大时,设备的抗变形能力就越强[3].但是,弹性模型相对较大的材料其硬度就相对较小.对于螺杆泵而言,如果过度追求其抗变形能力,提高材料的弹性模量,则会导致其材料硬度较低,当设备受到外界压力时,设备内部定子与转子之间的接触应力将会降低,从而使得设备的密封性能降低.因此,螺杆泵在生产的过程中,其内部的橡胶材料部分应选择硬度较大的材料,从而保障其自身的密封性能不受外界压力的影响.
3.提高螺杆泵密封性能的措施
（1）增加过盈量
在上文分析中指出在受到外界压力作用时,如果螺杆泵内部的过盈量不满足要求,将会对设备的密封性产生直接影响,因此,为了提高螺杆泵的密封性,首先必须增加设备内部的过盈量.通过实验研究发现,当设备内部的过盈量增加时,螺杆泵内部密封腔内的压力也会随之增加,同时,转子与定子之间的压力也会随着变化,一般来说,密封腔内的压力增加,而转子与定子之间的压力会随着减小,因此,要在不改变螺杆泵的运行参数的前提下,实现密封性能的提高,就必须增加内部的过盈量.同时,如果某油气田单位的生产量相对较大,对螺杆泵的运行要求相对较高,则应该使用过盈量相对较大的螺杆泵.目前,电动螺杆泵已经得到了大面积的推广,该种类型的螺杆泵可以在增加过盈量的基础上,有效的防止排出口的原油倒流回螺杆泵内部.
（2）增加材料硬度
由于材料的硬度也会对螺杆泵的密封性能产生直接影响,因此,提高材料的硬度也十分必要.一般情况下,材料的弹性模量和其抗变形能力有关,而弹性模型又与材料的硬度有关,因此,设备的抗变形能力和硬度也具有一定的联系.目前,大多数设备都是过度追求其抗变形能力,但是对于螺杆泵而言,由于其受到的外界应力相对较小,因此,并不需要过度追求抗变形能力,而应该尽可能使用硬度较大的材料,增加设备内衬结构的硬度,提高其密封性能.
（3）优化设备参数
油气田单位只是螺杆泵的使用者,而不是生产者和设计者,因此,从应用方面采取一定的措施提高其密封性能十分重要,而优化设备的运行参数是提高其密封性能的有效手段.由于螺杆泵可能会在压差的作用下使其内衬产生变形,当变形幅度较大时就会对其密封性能产生影响,因此,应尽可能采取一定的措施消除内外压差.在这一方面,首先在使用螺杆泵之前,应对其运行性能进行测试,以最小内外压差为目标,找到最合适的运行参数范围,在日常使用中,其参数应保持在该范围内.其次,应实时对螺杆泵的运行情况进行监控,防止其参数超过合理范围,从而对内衬结构产生损伤.
4.结论
综上所述,螺杆泵因其自身具有占地面积小、工作效率高等多项优点,使其成为了油气田开发中最常见的设备,其密封性能将会对其工作效率产生直接影响.通过研究发现,压力因素、应力因素以及设备材料因素是影响其密封性能的主要因素,因此,油气田单位应从增加过盈量、增加材料硬度以及优化设备参数三方面出发,采取多项措施,提高其密封性能,从而间接提高油气田生产效率.
参考文献
[1]操建平,孟庆昆,高圣平,等.影響螺杆泵密封性能的直接因素分析[J].石油矿场机械, 2011,40（11）：5-10.
[2]严莹珞.双螺杆泵密封失效的影响因素及对策分析[J].化工管理,2016（28）：219-220.
[3]叶卫东,宋玉杰,杜秀华,等.单螺杆泵密封性能的有限元分析[J].润滑与密封,2008, 33（4）：96-99.
作者简介
潘博（1985-）,男,黑龙江东宁人,工程师,毕业于大庆石油学院电气工程及其自动化专业,现主要从事油田现场生产工作.
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因素分析引用文献:
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