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摘 要 

详细论述了螺杆泵定 、转子的主要几何参数

分析了定子模芯的设计问题,并给出了较为实用的理论和经验公式

关键词 

螺杆泵  定子   转子  模芯

 引 言

近年来 ，螺杆泵设计理论日渐受到人们的重视，在螺杆泵系统中,定子和转子是关键的部分,它的主要几何参数直接影响泵的各种工作性能(如:理论排量、有效功率、扭矩等)和使用寿命.在螺杆泵设计中,定子模芯的设计是具有决定意义的一个环节,只有设计出合格的定子模芯,才能制造加工出合格的定子,从而保证整个螺杆泵采油系统的正常工作,并且确保它有足够的寿命.目前,螺杆泵设计尚无完善的理论,作者多年从事螺杆泵的研究和设计工作,在这方面积累了较多的经验.本文给出了螺杆泵设计中一些较为实用的理论和经验公式,所讨论的内容已经为油田生产的实际所用,并收到了良好的效果.

1 定、转子的主要几何参数

1.1 转子直径

螺杆泵的转子(见图1)

直径对于螺杆泵的主要性能参数有许多影响,同时又受诸多因素限制.转子直径大小对螺杆泵的理论排量、泵的有效输出功率、泵的轴功率、流速、转子有功扭矩、转子轴向力,定、转子间的摩擦扭矩及螺杆泵的特性均有直接的影响.特别是转子在正常工作时所能承受的扭矩大小将

直接影响螺杆泵的使用寿命.

在设计转子直径时,首先应考虑的是影响寿命的参数,即转子所能承受的扭矩.当我们设计一个泵时,首先要确定这个泵的理论排量和泵的压头,这两个主要性能参数确定之后,由下式

2ΠM=∃P�q  可求出转子有功扭矩,也就是转子在工作中克服压力及定转子间的摩擦扭矩

M=∃P�q2Π=2eDT∃PΠ(1)  

那么转子直径

 D=ΠM2eT∃P(2)式中

Q —理论排量,m3�s;

e—偏心距,mm;

T—导程,mm,

泵的总长度及每级压力确定后 T随之而定;∃P—泵进出口压力差,MPa.

转子较小直径、较大直径受泵筒径向尺寸的控制,当泵筒直径确定后,转子及定子的较大径向尺

也就确定了,继而转子的偏心也随之而定.e=D′-D2图2

表示出单头转子与多头转子的较小直径D和较大直径D′.D为转子的公称直径,但由于在加工过程中要经过初成型加工、抛光、镀铬、研磨等,所以在设计转子的尺寸时,要给出每道工序加工的尺寸,以单头泵的转子为例,如图3所示.图3 转子加工尺寸示意图1.

2 转子头数 转子头数N的确定主要依据是螺杆泵排量,一般来讲,

当排量(500r�min)小于300m3�d时,选螺杆泵转子为单头,排量大于300m3�d时选多头转子,多头转子为螺旋线头数(N)超过2头者,定子头数为N+1.转子头数的形成是由形成摆线的基圆及滚动圆的比值确定的.就多头转子来说,当滚动圆半径r与基圆半径R的比值r�R=1�3时,则转子截面轮廓为三头;若r�R=1�4时,为四头;r�R=1�6时,为六头,以此类推,如图4.

图4 转子横截面示意图

n—转速,

1.4 定、转子总长度

1.4.1 定子总长度

当确定了定子的导程及泵的压头后那么定子橡胶衬套的长度也就确定了.因为螺杆泵的转子半径、偏心距、导程确定之后,那么泵的每一级的压力也就确定了.

K=P总P单=泵的级数而泵的定子橡胶总长度=T×K

图5 定子长度尺寸示意图

见图5泵的定子总长度为

L�L1+L2+L3+L4式中 

L1—接头长度;

L2—橡胶底边至定位销中  心线距离;

L3—定子橡胶总长度;

L4—定子橡胶(或定子管)上端面至上接头边缘长度.

1.4.2 转子总长度

如图1所示

L=L1+L2=L1+l1+l2+l3(7)L1=T转×n转式中 

L1—转子有效长度;

T转—转子导程;

n转—转子级数;

l1—一般控制在20mm左右;

l2—一般控制在 32mm～34mm, 供打管钳用;

l3— 一般控制在75mm～76mm,主要是保证丝扣长度.

一般地,在设计转子的有效长度L1时要考虑其应比定子橡胶衬套长度长出一个定子导程的长度,

即:L1=L1定子+T2

 定子模芯的设计

用于井下抽油的螺杆泵,其在井下的工作介质不同,所需的定子橡胶配方也不同,因此橡胶的溶胀系数也就不同,要求定子模芯的外型几何尺寸因而也有所不同.螺杆泵设计的关键在于定子模芯的设计,只有首先设计出合格的定子模芯,才能制造加工出合格的定子,从而更好地发挥螺杆泵采油系统的效能并确保它有足够长的使用寿命