如何选择螺杆泵？

1930年，Moinean发明，并在美国获得第一个螺杆泵采油专利，31-32年在法国制造。我国1986年一如并开始研究地面驱动螺杆泵。在我国的一些油田中稠油开采的相当突出的问题，稠油中含有出砂，含气现象，使油井工作条件及为复杂。在开采高粘含砂含气的原油时，螺杆泵具有独特的优势。它是一种容积式泵，运动件（只有螺杆），没有阀和复杂的流道。油流扰动少，使水力损失大大降低。由于螺杆在橡皮衬套表面的运动带有滚动和滑动的性质，使砂粒不易沉积。由于衬套和螺杆间的容积均匀变化而产生的抽汲和推挤作用，使油气混输的效果较好。突出优点：尺寸小，质量轻，制造容易，维修方便，运动部件少，排量均匀。
一、 系统组成及泵的工作原理
1. 系统组成
地面——
地下——螺杆泵
中间——中间油管或中间电缆
工作过程；由地面动力带动抽油杆柱-泵转子转动-井液由泵下部吸入-上端排出-从油管流出井口-地面管线至计量间。
2. 螺杆泵的结构与工作原理
(1) 螺杆泵的结构
由定子和转子组成的。转子是通过精加工、表面镀铬的高强度螺杆；定子就是泵筒，是由一种坚固、耐油、抗腐蚀的合成橡胶精磨成型，然后被永久地粘接在钢壳体内而成。除单螺杆泵外，螺杆泵还有多螺杆泵(双螺杆、三螺杆及五螺杆泵等)，主要用于输送油品。
(2) 螺杆泵的工作原理
螺杆泵是靠空腔排油，即转子与定子间形成的一个个互不连通的封闭腔室，当转子转动时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移。封闭腔在排出端消失，空腔内的原油也就随之由吸入端均匀地挤到排出端。同时，又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入。这样，封闭空腔不断地形成、运移和消失，原油便不断地充满、挤压和排出，从而把井中的原油不断地吸入，通过油管举升到井口。
3.缺点
二、 螺杆泵基本参数的确定
1. 泵的理论排量
螺杆任一断面都是半径为r的圆，整个螺杆的形状可看成是由很多半径为r的极薄圆盘组成，这些圆盘的中心O1是以偏心距e绕螺杆本身的轴线O2-Z一边旋转一边按一定的螺距t向前移动。即圆盘圆心O1的轨迹是螺距为t、 偏心距为e的螺旋线。
衬套的材料是橡胶，它的断面是由两个半径为r(等于螺杆断面半径)的半圆和两个长度为4e的直线段组成的长圆形，如图11－21所示。衬套的双线内螺旋面就是由上述断面绕衬套的轴线OZ旋转的同时，按一定的导程T=2t向前移动所形成的。橡皮衬套易磨损，下部径向上止推轴承损坏，偏心联接轴不够可靠，周期短。
螺杆在衬套中的位置不同时，它们之间的接触点也就不同。当螺杆断面在衬套长圆形断面的两端时，螺杆和衬套的接触为半圆弧线；而在衬套的其它位置时，螺杆和衬套仅有两点接触。由于螺杆和衬套是连续啮合的，这些接触点就构成了密封线，在衬套的一个导程T内便形成一个密封腔室。这样，在沿单螺杆泵的全长上，衬套内螺旋面与螺杆的螺旋面形成了一个个封闭腔室。可见，衬套螺杆副的长度至少为衬套的一个导程，才能形成完整的密封腔。
式中Qt——泵的理论排量，m3/d；
e——螺杆的偏心距，m；
n——螺杆的转速， r/min；
dp——螺杆截面的直径， dp=2r，m；
T——衬套的导程， T=2t,m；
t——螺杆的螺距，m。
2. 泵的容积效率和系统效率
 1) 泵的实际排量Q与理论排量Qt的比值，称为泵的容积效率，记作 ，用公式表达为 泵的容积效率实质上是一个排量系数，它与泵扬程、转子与定子间配合的过盈量、转子的转速以及举升液体的粘度等参数有关，是一个多变量函数。
2.泵的系统效率η定义为泵的有功功率(水力功率)Ph与泵的输入功率Pin之比，即
其中：

3. 泵的扭矩
由于螺杆泵的吸入端和排出端存在压差，所以螺杆衬套副中的液体将对螺杆施加力的作用。同时，定、转子间存在过盈量，将会使定、转子间产生摩擦阻力扭矩。(1) 转子有功扭矩螺杆——衬套副将机械能转换为液体的压能，若不考虑损失，则由能量转换关系可得

(2) 定子与转子间的摩擦扭矩
 由于螺杆泵定子与转子间存在过盈量，因此，当转子在定子内转动时，定子与转子间就产生摩擦。定子对转子施加摩擦扭矩的作用。
(3) 启动扭矩
启动扭矩的大小，与螺杆泵密封线的长度、定转子间的过盈量以及橡胶的硬度和工作压力有关，还与静止时间的长短以及摩擦面的粗糙度有关。级数越多、粗糙度越大、橡胶硬度越高，以及定、转子间过盈量越大、泵的工作压力越高，泵的启动扭矩也就越大。
三、 螺杆泵的工作特性曲线及其影响因素
1. 螺杆泵的工作特性曲线
泵的容积效率、系统效率及扭矩与举升高度之间的关系。反映这种关系的曲线称为螺杆泵的工作特性曲线。
2. 螺杆泵工作特性的影响因素
(1) 过盈量的影响
定、转子表面的接触线保持充分密封，而密封的程度取决于转子与定子间的过盈量。
过盈量大，泵效高，但杆扭矩增加，易出现断杆和定子橡胶磨损加剧。
过盈量小，泵效低，无上述问题。
因此，过盈量的大小直接影响泵效的高低。
(2) 转子转速的影响转子的转速越高，排量就越大。但是，转速越高，抽油杆的离心力就越大，抽油杆的弯曲振动就越严重，抽油杆接箍与油管内壁的摩擦力也就随之增大，同时，举升高度也将因沿程损失的增加和定子橡胶磨损的加速而下降。因此，转子的转速不易过高，一般应小于500 r/min为宜。
（3）其它（粘度）粘度增加使得漏失量减小，有利于提高泵的容积效率和系统效率；另一方面，粘度的增加将使流动阻力增大而降低泵的充满程度和举升高度，泵的容积效率和系统效率也随之降低。同时，泵的摩擦增大将增加阻力扭矩。
四、 螺杆泵的选择
螺杆泵的选择步骤：
1）应根据油井的产能确定出油井的产量，并确定所用螺杆泵的排量；
2）是根据泵的工作特性曲线确定在保证该排量下泵的举升高度大小，并根据油井条件计算出所需泵的级数，同 时还要根据需要以及油井的实际条件确定合理的过盈量；
3）根据负载大小选择抽油杆的材料与规格、电动机以及其它附属部件。
1. 转子转速的确定
地面驱动单螺杆泵转速的确定，受多种因素的影响。首先要考虑的是介质的粘度、磨蚀条件和定子橡胶的疲劳强度。
介质的粘度将影响泵的充满系数。当泵旋转时，在泵吸入口处空腔容积逐渐变大，这时，只要有一定的压差液体便可迅速充满空腔。当液体的粘度较大时，其流动性变差，
使得充满系数降低从而降低泵的容积效率，并且随着液体粘度的增加，这种影响程度增大。
在高含砂油井中，泵的寿命取决于定子橡胶的疲劳强度。由于定子和转子间有一定的过盈量，转子在定子内旋转时定子橡胶将受到周期性地压缩，从而产生摩擦面的温升和疲劳。摩擦面的温升往往可达到比介质温度高几十度，它加速了橡胶分子链的重新组合，使弹性模数减小，从而降低其疲劳特性及金属和橡胶结合面上粘结剂的强度。这个温升值和压缩疲劳随转速的增加而增大，因此，在实际应用中要合理地选择转速以保证泵的寿命。
2. 泵级数和定、转子长度的确定
单级螺杆泵满足不了实际举升高度(扬程)的需要，如同潜油电泵一样需要多级泵。泵的级数Z可根据油井实际需要的泵扬程H和单级扬程Hj来确定，即
泵的级数确定后，就可确定定子和转子的
长度。定子和转子的长度由泵的级数和衬套的导程来决定。定子长度Ls为
 转子长度Lr一般取定子长度Ls加上250～350 mm，以保证转子能够安装到位.
3. 合理过盈量的确定
 螺杆泵的定、转子间的过盈配合情况如图11－25所示，其过盈量为δ=(b-a)/2。 为使螺杆泵具有容积泵的特点，就必须使定、转子间的空腔保持良好的密封性，
即必须有一定的过盈值。其原因是：
1) 受加工工艺技术的限制，不能保证定子和转子具有理想的几何形状；
2) 定子橡胶是弹性体，在一定的压差下会发生弹性变形和漏失；
3) 由于转子在运转时会产生惯性力和液压径向力，这两个力的合力将使转子在合力的方向上压缩定子橡胶而产生位移，从而使定、转子间的另一侧产生间隙。 螺杆泵在井下工作时，其总过盈量δ由初始过盈量δ0、由热膨胀产生的过盈量δ1’以及由于浸油溶胀而产生的过盈量δ2’三部分组成。总过盈量δ可根据泵和油井条件估算，δ1’与δ2’可由实验来确定。这样，便可确定出初始过盈量δ0， 从而可为设计制造提供依据。
目前，螺杆泵的单级工作压差主要是靠定、转子间的过盈量来实现的。过盈量越大，级工作压差就越大，转子扭矩也越大；过盈量过小，单级工作压差就越小，满足不了油井举升的需要。因此，定、转子间的过盈量存在一个合理值。对于过盈量的确定，必须在掌握定子橡胶的物理特性，特别是橡胶的热膨胀和溶胀性能的基础上，才能实现过盈量确定的合理性。

选择螺杆泵需要综合考虑多种因素，包括以下几个方面：
流量需求：首先需要确定所需的流量范围，以确定需要的泵的尺寸和能力。根据液体流量来选择泵的大小和型号，可以避免浪费能源和金钱。
扬程要求：扬程是指从进口到出口所需的液体抬升高度，需要选择能够满足实际需求的泵的扬程范围，以确保泵能够有效地输送液体。
粘度：粘度是指液体的黏稠程度，需要选择适合所输送液体粘度的泵。通常来说，液体粘度越高，所需的泵的转速就越低。
温度：液体温度对螺杆泵的选型有很大影响，需要选择耐高温或耐低温的泵材质，以确保泵能够长时间、稳定地工作。
液体特性：不同液体的化学性质、PH值、固体颗粒含量、腐蚀性等都不同，需要选择适合液体特性的泵材质和结构，以避免泵的损坏和故障。
泵的材质：泵材质需要根据输送的液体特性来选择，例如不同的液体需要不同的金属或非金属材料来防止腐蚀或损坏。一般来说，可以选择不锈钢、铸铁、塑料等材质。
电源和驱动方式：需要选择适合本地电压和频率的泵，同时需要根据实际需要选择电机驱动或者液压驱动的泵。
进出口尺寸：进出口尺寸需要与输送管道匹配，以确保输送效率和流量。
维护和维修：需要选择易于维护和维修的泵，以确保长期的稳定运行。
总的来说，选择螺杆泵需要根据实际工作条件、液体特性、流量要求、温度和粘度等因素进行综合考虑，选择合适的尺寸、材质和配置，以确保泵的正常运行和长期稳定性。