单螺杆泵特性试验.docx
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单螺杆泵特性试验
单螺杆泵特性试验
经过进行单螺杆泵特性参数随泵出口管路构造及吸入口管路构造变化的试验研究，绘出了泵的特性参数与出口压头、吸入口真空度的关系曲线。
试验结果表明，改变泵出口管路构造，使泵出口压头在一定X畴内运转时，泵流量变化大，而且泵效率较高，可以做为泵调控参数的一种手段;而改变泵吸入口管路构造不可以做为泵的调控参数手段。
单螺杆泵在油田钻井、采油及输油等层面正得到越来越普遍的使用。
单螺杆泵运转时，常常遇到调节泵泵流量故障。
较之这种体积式泵，其泵流量的调节办法常用的有两种。
一是改变转子转速;二是改变排出管路或吸入管路构造（通常是改变排出口调节阀或吸入口调节阀的开启度）。
现文首要讨论第2种办法。
然而，管路构造的改变除了改变泵的压头、泵流量外，对泵的能耗、效率将发生多大状况的影响?
改变泵出口调节阀开启度与改变泵吸入口调节阀开启度对泵特性的影响有何不同?
对于这些故障，我们进行了以下2项室内试验。
a） 单螺杆泵泵流量、泵轴力矩、效率等参数随出口压头变化的特性试验。
b） 单螺杆泵泵流量、泵轴力矩、效率等参数随吸入口真空度变化的特性试验。
1 试验办法及试验结果
单螺杆泵特性试验的试验台工作原理图。
试验液体为清水、室温。
试验用单螺杆泵构造参数如下：
螺杆直径42mm，衬套导程241mm，螺杆偏心距七、1mm，规定泵扬程500mm。
试验分两种状况，一是将吸入口调节阀12全部开启，改变排出口调节阀7的开启度，同时测试出口压头、泵流量、泵轴力矩、转速与吸入口真空度这些参数，测试数据如表1;二是将吸入口调节阀12全部开启，然后关小排出口调节阀7，待出口压头增至七、0MPa，排出口调节阀7开启度固定不动，再逐渐关小吸入口调节阀12，使吸入口真空度不断增大，同时测试泵出口压头、泵轴力矩、泵轴转速及排出泵流量这些参数，测试数据如表2。
分别以泵出口压头与吸入口真空度为横坐标，以泵流量、轴功率、效率为纵坐标绘制泵特性曲线，
表1 改变单螺杆泵出口压头的特性试验数据
测 试 值
计 算 值
序号
出口压
力po／
MPa
吸入口
压头pi／
MPa
现实流
量Qp／
m3．d－1
泵轴力
矩Ma／
N．m
泵轴转
速n／
r．min－1
轴功
率Pa／
kW
有效功
率Pf／
kW
体积效
率v／
%
机械效
率m／
%
泵效
率／
％
1
0.1
0.076
10一、05
8六、36
251
二、27
0.028
9七、26
一、27
一、23
2
二、0
0.076
100.20
12八、79
250
三、37
二、230
9六、81
6八、39
6六、20
3
二、2
0.078
100.15
13六、82
250
三、58
二、460
9六、76
7一、01
6八、80
4
三、2
0.079
9九、20
18四、97
250
四、84
三、580
9五、85
7七、25
7四、02
5
三、8
0.079
9八、81
2十三、63
250
五、59
四、260
9五、47
7九、74
7六、26
6
五、3
0.082
9四、00
28八、15
249
七、51
五、680
9一、17
8二、91
7五、63
7
七、2
0.086
8六、50
37九、04
245
九、72
七、120
8五、29
8五、91
7三、25
8
八、4
0.096
7六、20
42四、49
237
十、53
七、320
7七、67
8九、55
6九、53
表2 改变单螺杆泵吸入口真空度的特性试验数据
测 试 值
计 算 值
序 号
出口压
力po／
MPa
吸入口
真空度
phs／MPa
现实流
量Qp／
m3．d－1
泵轴力
矩Ma／
N．m
泵轴转
速n／
r．min－1
轴功
率Pa／
kW
有效功
率Pf／
kW
体积效
率v／
%
机械效
率m／
%
泵效
率／
％
1
七、00
0.0493
8七、70
36三、13
246
九、35
七、06
8六、12
8七、62
7五、51
2
六、80
0.0293
8六、00
36二、82
247
九、38
六、74
8四、41
8五、08
7一、86
3
六、50
0.0157
8四、70
35五、48
247
九、19
六、36
8二、84
8三、50
6九、21
4
五、50
0.0092
7二、10
29八、85
250
七、82
四、58
6九、67
8四、10
5八、56
5
四、40
0.0079
6三、60
26二、55
250
六、87
三、23
6一、46
7六、58
4七、02
6
一、60
0.0039
3一、30
13四、52
250
三、52
0.58
30.24
5四、31
1六、48
2 试验分析
a） 单螺杆泵理论泵流量、泵效率、体积效率与机械效率分别使用以下各式核算：
=103pQp/（一、44Ma.n）
Qt=14404eDTn
v=Qp/Qt
m=103Qtp/（一、44Ma.n）
式中，Qt为泵理论泵流量，m3/d;为泵效率;v为泵体积效率;m为泵机械效率;Qp为泵现实泵流量，m3/d;p为泵出口与吸入口压差，MPa;D为螺杆断面直径，m;T为衬套导程，m;Ma为泵轴力矩，N.m;n为泵轴转速，r.min-1;e为螺杆偏心距，m。
依据以上各式及表一、表2测试数据，核算泵在不同工况下的泵轴功率、有效功率、泵效率、体积效率及机械效率。
其核算值亦列于表一、表2中。
b） 由表1可以看出，随着泵出口压头的增大，泵的泵流量逐渐减小，泵效率变化呈抛物线形，有一最高效率点。
泵体积效率呈递减趋势，机械效率呈递增趋势，这说明随出口压头的增大，螺杆与衬套之间的缝隙加大，螺杆在衬套内运转时的磨擦阻力矩减小，致使机械效率增大;同时，高压介质沿螺杆-衬套副密封线的窜流状况加剧，致使泵体积效率的减低。
由表1数据还可以看出，出口压头在三、2～八、4MPaX畴内变化时，效率极限差值为六、73%。
参考离心水泵的高效运转X畴，也可以认为该X畴即属于螺杆泵高效运转X畴。
当然，实际的高效运转X畴应视实际的泵而定。
c） 关小吸入口调节阀相当于人为减低泵的充满度，这必将致使泵泵流量减小、泵吸入口真空度增大，这一点亦被试验所证实。
由表2可以看出，随着泵吸入口真空度的增大，泵的泵流量、轴功率、效率、体积效率与机械效率均呈下降趋势。
但当吸入口真空度在0.1～0.015MPa之间变化时，以上各参数均呈下降趋势，但下降幅度较小。
这说明，一定X畴内吸入口真空度的变化对泵特性影响较小;而一旦超出该X畴，则各参数呈直线下降趋势，泵的运转状态大大恶化。
因而，当泵吸入口真空度超过某一标准的值时，虽然泵的特性参数能得以大幅度提升，但由于泵机械效率、体积效率及总效率大大减低，因而应禁止泵在此工况下长时间运转。
3 结论
1） 无论改变泵出口管路构造还是改变泵吸入口管路构造，都会对单螺杆泵的特性发生一定状况的影响。
2） 改变泵排出口调节阀开启度，在一定X畴内满足改变泵特性参数的目的，而且泵具有较高的运转效率。
3） 改变单螺杆泵吸入口调节阀开启度，当吸入口真空度较H，泵特性参数变化不大，而当吸入口真空度较大时，泵的运转状态急剧恶化。
因而，这种办法不可以做为单螺杆泵调控参数的手段。
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