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双螺杆油气混输泵技术
一.双螺杆油气混输泵的工作原理
油气混输双螺杆泵有两根相向旋转的螺杆轴组成,
每根螺杆轴上装有旋向相反的螺旋套。在泵工作的过程
中,两根螺杆轴上螺旋套相互啮合,并与泵体内腔形成
密封腔,随着螺杆轴的转动,密封腔里的气液混合物随
着密封腔作轴向运动,平稳而又连续地输送到泵体中心
处的泵出口。由于作用在螺杆轴上两螺旋套上的液压力
是大小相等、方向相反。所以螺杆轴上的液压轴向力是
自动平衡的。
二.双螺杆油气混输泵的构造
泵的介质输送元件螺杆轴采用螺旋套与轴相分离的形式,一方面可采
用高强度合金钢作为轴的材料,以满足大功率大扭矩工作状况下对轴的强
度
要求
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;另一方面螺旋套可采用不同的金属材料,以满足不同的泵输送介
质的特殊要求。
采用单独润滑的同步齿轮①是用来将主动螺杆轴上的动力传递到从动
螺杆轴上,同时保证了在螺杆相互啮合的过程中,螺旋套之间无金属接触,
也无动力传递,从而保证泵的输送元
高可靠性。
采用特殊的泵体结构型式以及特
殊的螺杆齿形,保证了泵极强的气液
混输能力。即使在很高的气液比,泵也
能正常运转。
件的低磨损,
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螺杆轴上的液压径向力由单列圆柱滚子轴承②和双列向心推力球轴承③
承受。而同步齿轮产生的全部轴向力由双列向心推力球轴承单独承受,同
步齿轮和单列圆柱滚子轴承由单独的齿轮箱内的齿轮油润滑。而双列向心
推力球轴承由润滑脂润滑。
三.双螺杆油气混输泵的技术难点
1.双螺杆油气混输泵的技术难点首先
表
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现在双螺杆的螺杆型线的设
计上。因为混输螺杆型线既要保证螺杆动转过程中气态物质的吸入膨胀,
压出压缩,同时又要满足液态物质在螺杆动转过程中的不可压缩性的要求,
所以混输螺杆型线的
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
有一个基本的要求,就是每一道螺旋密封槽的泄
漏面积,根据输送介质气液比的不同而不同。所以在双螺杆混输泵设计中,
螺杆型线的设计是首要问题。
日前,就世界上的双螺杆混输泵的螺杆所采用的型线有如下几种:
① W 型线如图所示螺旋槽的齿形型线
由 ab、bc 两段摆线组成。关键的问题是
ab、bc 两段摆线的比例分配问题,随着
输送介质含气量的不同,ab、bc 的比例
分配关系也不一样,最常见的是 ab/bc≈1。在这种情况下,适合于含
气量≤65%的情况,对于含气量≥65%的情况,ab/bc>1~4,具体数据
视含气量的大小,螺杆直径的大小,以及螺杆导程大小来决定,这一
点对于不同的生产厂家,各自的经验都不一致,因为 ab/bc 值的改变,
也将改变螺杆的加工方法。例如.ab/bc=1 时,螺杆的螺旋槽可用车加
工也可以用铣加工直接加工面成,而当 ab/bc=2 时,则只能用车加工
成型,而不能采用铣加工。
② α型线如图所示螺旋槽的齿形是非对称的齿形,一边的侧齿形型线
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由光滑连接的 ab、bc 两段摆线组
成,另一边的侧齿形型线由非光滑
连接的 de、ef 两段摆线组成,通俗
地讲,一边是凸面,一边是凹面,α型线的容积效率较 W 型的要高,
在加工方面难度也较大,只能采用车加工的方式加工。
无论是 W亦或是α,这两种型线都已分别由国外公司或国内公司
申请专利。
2.双螺杆油气混输泵的第二技术难点,就是当输送介质含气量较大
时,特别是 100%的气体时,气体压缩所产生的热能释放后的自冷问题以及
100%气态下机械密封的润滑冷却,转子部件的润滑冷却问题。这大致也可
以分为两大解决方式。
① 机械密封采用带有润滑冷却系统的双端面机械密封。
② 采用输送介质中液态物质润滑冷却机械密封和冷却气体压缩热能的
方案
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,这主要是泵体的结构设计以及特殊的液态物质循环系统来保
证,这结构设计属于每个公司的 Know-How.循环系统也是每个公司的
专利。
3.应用油气混输泵的技术难点是由于油田现场工况的不确定性造成了
混输泵选型的很大难度,任何所谓理论上的计算与
分析
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在油田现场工况使
用面前都显得苍白无力,只有丰富的现场使用实际经验与丰富的混输泵设
计理论相结合时,才有可能为油田用户选择到合适的混输泵工艺方案以及
相应的混输泵设备。
四.单螺杆油气混输泵与双螺杆油气混输泵的比较
到日前为止,在国外把单螺杆泵作为油田油气混输泵早已成为历史,
因为随着国外油气混输技术的发展,油气混输的概念从早期的含气量 20%
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以上就算是油气混输泵(相对离心泵而言),发展到必须 95%含气量正常运
转 100%含气量能短时期运转的概念,所以从原理上单螺杆泵就不可能满足
上述要求,故而在目前全世界已确认的油田油气混输泵的成功类型中找不
到单螺杆泵的踪迹,当然对于含气量较低(<50%)排量较小,压力较低的
单井接力泵来讲,单螺杆泵由于其有独特的抗砂能力,还是一种较有优势的
选择.
作为油气混输泵来讲,单螺杆泵与双螺杆泵有着巨大的差异.
<1>由于断塞流的存在,油气混输泵必须能具有 100%气体状态下工作的
能力,双螺杆混输泵的运动部件与静止部件为金属与金属之间的间隙配合,
加上特殊结构保证润滑冷却介质的存在,在 100%气体下可工作 45min,是足
够克服油田断塞流的存在,而对于单螺杆泵钢转子部件与橡胶定子部件是
过盈的紧配合,一但没有液态的润滑冷却,转子与定子之间急剧的干摩擦将
产生大量的热,导致橡胶定子烧焦而损坏。
〈2〉由于单螺杆泵的转子是偏心运动,不可能高速旋转(即使低粘度
介质的情况下)如果是大流量,高压力的情况,单螺杆泵转子直径偏心都
很大,很长。从而即使较低转速下,转子部件的动不平衡将使泵机组产生
非常大的振动和噪音,加上机组所须配套的减速器设备整个机组的振动噪
音将维持在很大的程度上。这也就限制了在大流量、高压力下选用单螺杆
泵的可能。而双螺杆的转子都是经过动平衡的匀速车动,振动噪音都低,
运转平稳,可靠。
〈3〉单螺杆泵转子的偏心运动,必然引起连接轴上的万向节负载的不
均匀,良好的润滑及尺寸粘度的严格控制是万向节寿命的关键,而这一点
却是国内大多数企业在设计上,在制造上所难以达到的。正因为这样,即
使普通的单螺杆泵也难以达到设计要求,更不用产说在油田油气混输工艺
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中用作油气混输泵来适应较大变化工况的要求。
〈4〉单螺杆泵的橡胶定子的寿命直接关系到整个泵的寿命,由于油田
油气所含成份的复杂性,这也就对橡胶定子的化学成份能否适应油气各种
工况提出了非常苛刻的要求,单螺杆泵的橡胶定子在防砂方面优于双螺杆
泵的金属定子,而在抗油气化学成份以及抗干运转能力远远不如双螺杆泵
的金属定子。
〈5〉单螺杆泵不能直接与电机相连,必须采用减速设备,这又增添了
整个机组复杂程度,而双螺杆泵可以直接采用与电动机直联的方式.
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双螺杆油气混输泵基本参数的计算
一.代码说明:
DC:螺杆外园直径(m)
S: 螺杆导程(m)
n: 螺杆转速 rpm
K: 螺杆过流面积系数
QT:泵的理论流量(m3/h)
Q: 泵的实际流量(m3/h)
Ne: 泵的有效功率(KW)
N: 泵的轴功率(KW)
ηV:泵的容积效率
ηm:泵的机械效率
η: 泵的总效率
△ P:压差(bar)
二.泵的流量的估算
1>泵的理论流量 QT
QT=60KDe2sn K=0.8~1.0
K:螺杆过流面积系数,它的大小取决于螺杆型线的设计,以及螺
杆底外径比的大小。
2>泵的实际流量 Q
Q=QT⋅ηV ηV=0.5~0.95
ηV:泵的容积效率。对于油气混输泵来说,ηV主要与含气量 q以及
进出口压差。△P有关。
当 q<75% ηV=0.5~0.85 且 含气量愈小,ηV愈小;粘度愈小 ηV 愈小
当 q>90% ηV=0.9~0.95
要说明的是含气量 q 指的是泵的过口处的状态,而不是常温常压下的
状态。
3>泵的轴功率 N
QT⋅△P Q⋅△P
36ηm 36ηm
ηm:泵的机械摩擦及水力摩擦效率的综合效率。ηm=0.5~0.9。
ηm:主要与泵螺杆的大小,转速以及介质的含气量粘度有关,在许多
情况是制造厂家根据经验来确定,或是以油作介质试验而得到,这样可以
N= =
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保证在任何含气比的情况下,泵的轴功率是保险的,以此作为依据选电动
机的功率也是保险的。
4> 泵的压力△P的估算
△P一般与螺杆的密封腔m数有关,一般设计
m=(0.25~0.125) △P
K:压力系数,与含气比,螺杆的型线选择螺杆的精度,介质粘度有关,
K的变化因素太大,一般不同的公司K值大不相同K=0.5~1.0