單螺桿泵特性試驗

   單螺桿泵在油田鑽井、採油及輸油等方面正得到越來越廣泛的應用。單螺桿泵工作時，經常遇到調節泵流量問題。對於這種體積式泵，其流量的調節方法常用的有兩種。一是改變轉子轉速；二是改變排出管線或吸入管線結構(通常是改變排出口閥門或吸入口閥門的開啟度)。現文主要討論第2種方法。然而，管線結構的改變除了改變泵的壓力、流量外，對泵的能耗、效率將產生多大程度的影響?改變泵出口閥門開啟度與改變泵吸入口閥門開啟度對泵特性的影響有何不同?針對這些問題，我們進行了以下2項室內試驗。
a)　單螺桿泵流量、泵軸力矩、效率等參數隨出口壓力變化的特性試驗。
b)　單螺桿泵流量、泵軸力矩、效率等參數隨吸入口真空度變化的特性試驗。

1　試驗方法及試驗結果

圖1為單螺桿泵特性試驗的試驗台原理圖。試驗介質為清水、室溫。試驗用單螺桿泵結構參數如下：螺桿直徑φ42mm，襯套導程241mm，螺桿偏心距7.1mm，額定揚程500mm。試驗分兩種情況，一是將吸入口閥門12全部開啟，改變排出口閥門7的開啟度，同時測試出口壓力、流量、泵軸力矩、轉速和吸入口真空度這些參數，測試數據如表1；二是將吸入口閥門12全部開啟，然後關小排出口閥門7，待出口壓力增至7.0MPa，排出口閥門7開啟度固定不動，再逐漸關小吸入口閥門12，使吸入口真空度不斷增加，同時測試泵出口壓力、泵軸力矩、泵軸轉速及排出流量這些參數，測試數據如表2。分別以泵出口壓力和吸入口真空度為橫坐標，以流量、軸功率、效率為縱坐標繪製泵特性曲線，如圖2、圖3所示。

1—電機；2—扭矩儀；3—軸承箱；4—三通；5—單螺桿泵；6—排出口壓力表；
7—排出閥門；8—排出管線；9—計量罐；10—放水閥門；11—水箱；12—泵吸入閥門；
13—吸入管線；14—吸入口真空表
　單螺桿泵試驗台工作原理

表1　改變單螺桿泵出口壓力的特性試驗數據測
試
值計
算
值序號出口壓
力po／
MPa吸入口
壓力pi／
MPa實際流
量Qp／
m3．d－1泵軸力
矩Ma／
N．m泵軸轉
速n／
r．min－1軸功
率Pa／
kW有效功
率Pf／
kW體積效
率ηv／
%機械效
率ηm／
%泵效
率η／
％10.10.076101.05　86.362512.270.02897.26　1.27　1.2322.00.076100.20128.792503.372.23096.8168.3966.2032.20.078100.15136.822503.582.46096.7671.0168.8043.20.079　99.20184.972504.843.58095.8577.2574.0253.80.079　98.81213.632505.594.26095.4779.7476.2665.30.082　94.00288.152497.515.68091.1782.9175.6377.20.086　86.50379.042459.727.12085.2985.9173.2588.40.096　76.20424.4923710.537.32077.6789.5569.53

表2　改變單螺桿泵吸入口真空度的特性試驗數據測
試
值計
算
值序　號出口壓
力po／
MPa吸入口
真空度
phs／MPa實際流
量Qp／
m3．d－1泵軸力
矩Ma／
N．m泵軸轉
速n／
r．min－1軸功
率Pa／
kW有效功
率Pf／
kW體積效
率ηv／
%機械效
率ηm／
%泵效
率η／
％17.000.049387.70363.132469.357.0686.1287.6275.5126.800.029386.00362.822479.386.7484.4185.0871.8636.500.015784.70355.482479.196.3682.8483.5069.2145.500.009272.10298.852507.824.5869.6784.1058.5654.400.007963.60262.552506.873.2361.4676.5847.0261.600.003931.30134.522503.520.5830.2454.3116.48

p—N曲線：出口壓力與泵軸功率關係曲線
p—Q曲線：出口壓力與實際流量關係曲線
p—η曲線：出口壓力與泵效率關係曲線
圖2　改變泵出口壓力的特性試驗

Hs—N曲線：真空度與泵軸功率關係曲線
Hs—Q曲線：真空度與實際流量關係曲線
Hs—η曲線：真空度與泵效率關係曲線
圖3　改變泵吸入口真空度的特性試驗

2　試驗分析

a)　單螺桿泵理論流量、泵效率、體積效率和機械效率分別採用以下各式計算：
　η=103ΔpQp／（1．44Ma．n），   (1)
　Qt=1440×4eDTn，  &n

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