一、螺杆泵的特点
螺杆泵是一种容积式旋转型水力机械。螺杆泵是一种容积泵,其特点是结构简单、尺寸小、重量轻,不会出现泵卡、气锁、被砂蜡垢等堵塞,不会形成乳化液。
螺杆泵是利用相互啮合的螺杆与衬套间容积的变化为流体增加能量的。螺杆泵常用于输送润滑油、密封油及油气混输等。


二、螺杆泵在石油行业的应用
螺杆泵于1930 年发明后主要用于工业领域泵送粘稠液体, 在石油采油上,可作为一种人工举升采油手段用于开采稠油和含砂原油。
螺杆泵是开采稠油和含砂原油的一种很好手段,其容积效率随原油粘度升高而升高,不象离心泵那样随原油粘度升高泵效急剧下降。目前,法国MAPE公司生产的螺杆泵可以在含砂量高达60%的井况下正常工作,系统效率在50%以上,比电潜螺杆泵高1倍以上,比普通螺杆泵高14%。

三、螺杆泵的结构组成
螺杆泵的主要零部件是螺杆及与之相配套的衬套。由于螺杆泵工作时螺杆要转动,所示螺杆又称为转子,衬套不转动,所示衬套又称为定子。
1.转子(螺杆):
如图所示:螺杆的任一断面都是半径为R的圆。整个螺杆的形状可以看成是由很多半径为R的薄圆盘组成,不过这些圆盘的中心O1分布在一条圆柱螺旋线上。该圆柱的半径为螺杆泵的偏心距离e、螺旋线的螺距为t。


各种形状的螺杆
2.定子(衬套):
如图所示:衬套的断面形状是由两个半径为R(等于螺杆断面的半径)的半圆和两个长度为4e的直线段组成的长圆形。衬套的内表面就是由很多个这样的断面所组成的导程为t(t=2e)的双头内螺旋面。衬套的旋向与螺杆的旋向是相同的。



各种断面形状的衬套
衬套一般用橡胶材料制成。
必须根据抽汲混合液的性质和泵工作条件来选取,如抽取油类、弱酸和碱等介质,可用丁腈橡胶作衬套材料;而要求在高耐磨、高强度和耐油、耐苯条件下工作,则可选取聚氨脂橡胶作衬套材料。衬套橡胶的物理机械性能可参考表中的规定。

3.转子和定子组合
如图所示:将螺杆置于衬套内,则在每一个横截面上,螺杆断面与衬套断面都有相互接触的点。在不同的横截面上,接触点是不同的。当螺杆断面位于衬套长圆形断面的两端时,螺杆和衬套的接触为半圆弧线,而在其它位置时,螺杆和衬套仅有a、b两点接触,这些接触点在螺杆—衬套副的有效长度范围内构成了空间密封线,在衬套的一个导程T内形成一个完整的密封腔。这样,沿螺杆泵的全长,在螺杆的外螺旋表面和衬套的内螺旋表面间形成了一个一个的密封腔室。

四、螺杆泵的工作原理
螺杆泵利用螺杆的回转来吸排液体的。
当螺杆转动时,螺杆—衬套副中靠近吸入端的第一个腔室的容积增加,形成负压,在压力差的作用下,液体被吸入第一个腔室。 随着螺杆的继续转动,工作腔容积不断增至最大后,该腔室形成封闭,以螺旋方式向排出端移动,并最终在排出端消失。同时在吸入端又形成新的密封腔。由于密封腔室的不断形成、推移和消失,使混合液通过一个一个密封腔室,从吸入端推挤到排出端,压力不断升高。
由于螺杆泵的衬套由橡胶制成,螺杆与衬套间的相对运动为滚动加滑动,为高粘、高含砂、高含气原油的输送创造了有利的条件,加之螺杆泵的运动件少,过流面积大,油流扰动小,使其能在高粘原油中高效工作。
由于密封腔室的推移速度是恒定的,理论上螺杆泵的流量是非常均匀的,不存在流量波动。
五、螺杆旋向、转向与液体流向关系
即螺杆的螺旋旋向(左旋或右旋)、螺杆的转向(顺时针或逆时针)和混合液的流向三者之间的关系。
如图所示,螺杆为左旋,假设观察者位于螺杆的一端,如螺杆作顺时针转动,则混合液背向观察者;如螺杆作逆时针方向转动,则混合液流向观察者。将螺杆改为右旋,如螺杆作顺时针方向转动,则混合液流向观察者;如螺杆作逆时针方向转动,则混合液背向观察者。

由此可见,旋向、转向和流向三个因素中,给定任意两个因素,可确定第三个因素。
六、单螺杆泵的运动学问题
1.螺杆的自转和公转

如图所示:衬套的中心O为圆心,以两倍的偏心距e为半径作圆,称为衬套的定中心圆。再以螺杆的轴线O2为圆心,以螺杆的断面中心Ol到O2的距离为半径作圆,称为螺杆的动中心圆。螺杆在衬套中的运动就是由螺杆的动中心圆在衬套的定中心圆中作纯滚动所形成的。
当螺杆的动中心圆作逆时针转动时为其自转,动中心圆的圆心O2绕衬套的定中心圆作顺时针方向的圆周运动则为其公转。所以,螺杆的自转和公转方向相反。
2.螺杆在衬套中的运动特点
螺杆在衬套中的运动特点,可以总结为两点:
① 在螺杆—衬套副的任意断面上,螺杆断面中心位于衬套断面的长轴上;
② 随着螺杆的转动,该断面上的螺杆断面中心沿衬套断面的长轴方向作直线往复运动。


