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钻采机械浅谈双螺杆泵的油气混输理论(西安石油大学机械工程学院)屈文涛,徐磊,徐建宁徐磊等.浅谈双螺杆泵的油气混输理论.钻采工艺,2007,30(3):82-84摘要:采油双螺杆泵具有泵与压缩机的两重性质,它利用液体的不可压缩性与气体的可压缩性原理,实现油气两相流体的混输,降低了泵的内泄漏率,从而提高了泵的容积效率。介绍双螺杆泵的结构特点及液气两相流混输技术的工作原理,概述了双螺杆泵的流量、压力、效率与转矩等参数对系统性能的影响,同时对双螺杆泵的回流增压原理、密封性能与转子的啮合齿形进行了分析,并为技术人员利用双螺杆泵从地面应用转入井下应用进行油气混输提供了理论参考。关键词:双螺杆;混输泵;回流中图分类号:TE83313文献标识码:A文章编号:1006-768X(2007)03-0082-03采油双螺杆泵是一种具有泵与压缩机双重性质的混输泵,对液相表现为泵的性质,对气相表现为压缩机的性质,但总体是以泵的特性出现。这类泵结构紧凑,目前对高含气率、高凝固点、高粘度多相流体都有较好的增压效果。由于双螺杆泵设计和使用的参数,将直接影响整个泵的流量、压头和效率特性,故有必要对双螺杆泵的工作机理进行充分的探讨与研究。的。当混合物从排出室泄漏到含有气体的前一级密封腔室时,因中心部位压力相对较低,同时气体又具有可压缩性,故不足以使流体泄漏到更前一级密封腔中。正是由于利用了气体的可压缩性,当混输流体中含气率在双螺杆泵推荐的合理含气率范围内时,泵只会泄漏少量的液体,从而具有较低的内泄漏率,提高了泵的容积效率。但是在含气率较大时,螺杆转子啮合时产生的摩擦热,不足以被液体带走,就会导致啮合表面甚至整个泵的温度逐渐升高,加上金属材料的热胀特性,使各处摩擦加剧,从而降低机械效率。若温度继续升高,还会出现“干烧”现象。由此可见,双螺杆泵在输送超过一定含气率的混合介质时,不但泵效不会增加,而且还会显著降低。二、结构特点(1)由于带有同步齿轮,主、从动螺杆相互不接触,螺杆相互啮合只起着密封工作容积和带动流体流动的作用,因而可以输送含有一定量沙粒的流体,甚至短时间的干运转。(2)螺杆齿形为不对称型线,其属于非严格密封型容积泵,因此除了输送纯液体外,还可进行气液混输,这也是双螺杆泵非常独特的优点之一。(3)双螺杆泵由于结构的独特设计,可以自吸一、工作原理双螺杆泵是一种外啮合的螺杆泵,它利用相互啮合的主从螺杆来抽送流体,其主动螺杆由原动机驱动,从动螺杆通过同步齿轮由主动螺杆带动。两个螺杆相互不接触,并且具有不同旋向的螺纹(若前者为右旋,则后者为左旋)。通过螺杆间的啮合以及螺杆和泵体孔的配合,在泵体中形成一个个密封腔,运转过程中,这些密封腔连续向前移动,推动密封腔中的流体从出口排出。对于输送单相液体的双螺杆泵而言,由于液体的不可压缩性,泵的出口处压力使液体沿着各级密封腔室逐级回漏,从而使泵的容积效率降低。而当双螺杆泵输送气液两相流时,由于转子旋转带动介质旋转产生的离心力使气体集中于旋转中心,使液体被甩向了外缘的环带。在每一级密封腔中,横断面上的压力分布是由中心向外缘逐渐增高收稿日期:2006-04-28;修回日期:2007-04-23基金项目:中国海洋石油总公司“螺杆泵采油技术开发”项目2003-541.作者简介:屈文涛(1970-),西安石油大学机械工程学院副教授,副院长,1995年毕业于西北工业大学,获硕士学位,现从事机械系统动力学及现代设计理论的科研和教学工作。地址:(710065)陕西西安市电子二路东段18号,电话:029E-mail:wtqu@第30卷第3期Vol.30No.3钻采工艺·83·DRILLINGPRODUCTIONTECHNOLOGY而无须专门的自吸装置,且由于轴向输送轴流速度较小而具备很强的吸上能力。(4)双螺杆泵在输送过程中无剪切、无乳化作用,因此不会破坏分子链结构和工况流程中所形成的特定的流体性质,而且依靠同步齿轮的传动,泵运转振动小,工作平稳。排出端一侧密封腔中的液体通过回流通道回漏到相邻的前一级密封腔室中,由于气体的可压缩性,从而使该处的压力增加,并强行将这部分回漏来的多余液体再挤入到与其相邻的前一级密封腔室中。依此逐级回流,从而使泵的容积效率降低。回流原理如图1所示。三、性能参数1.双螺杆的啮合齿形双螺杆转子的型线直接影响着泵的性能,其螺杆的啮合与圆柱形斜齿齿轮的啮合相类似,故应满足啮合的基本定律,即螺纹相配合面的任何接触点上的法线应由极线(两节圆柱体的切线)通过。按构成螺旋型面两侧型线的方式不同,螺杆齿形可分为对称与不对称齿形。由于不对称齿形的接触线长度较长,虽然横向气密性比对称齿形差,但轴向气密性比对称齿形好[1],并有较大的密闭容积,且不对称齿形的“泄漏三角形”面积小,消耗功率比对称齿形低,故不对称齿形更适用