螺杆泵工作原理及故障处理讲解

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1、螺杆泵的原理、故障分析及处理 一、 螺杆泵工作原理 二、 螺杆泵采油系统及配套技术 三、 螺杆泵常见故障原因分析 四、螺杆泵应用及发展趋势 目 录 螺杆泵又叫渐进式容积泵， 由定子和转子组成，两者的螺旋 状过盈配合形成连续密封的腔体 ，通过转子的旋转运动实现对介 质的传输。 什么是螺杆泵？ 采油用螺杆泵是单螺杆式水力机械的一种，是摆线内 啮合螺旋齿轮副的一种应用。螺杆泵的转子、定子副（也 叫螺杆衬套副）是利用摆线的多等效动点效应，在空 间形成封闭腔室，并当转子和定子作相对转动时，封闭腔 室能作轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现 机械能和液体能的相互转化，从而实现举升作用。螺杆泵 又有

2、单头(或单线)螺杆泵和多头（或多线）螺杆泵之分。 1：2结构 2：3结构 3：4结构 4：5结构 采油用螺杆泵是单螺杆式水力机械的一种，是摆线内 啮合螺旋齿轮副的一种应用。螺杆泵的转子、定子副（也 叫螺杆衬套副）是利用摆线的多等效动点效应，在空 间形成封闭腔室，并当转子和定子作相对转动时，封闭腔 室能作轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现 机械能和液体能的相互转化，从而实现举升作用。螺杆泵 又有单头(或单线)螺杆泵和多头（或多线）螺杆泵之分。 1：2结构 2：3结构 3：4结构 4：5结构 井下单螺杆泵由哪几部分组成？ 1-下接头；2-限位销；3-定子；4-转子；5-上接头 井下单螺杆

3、泵由定子和转子组成。定子由钢制外套和 橡胶衬套组成，转子由合金钢的棒料经过精车、镀铬并抛 光加工而成。转子有空心转子和实心转子两种。 螺杆泵定子是用丁腈橡胶衬套浇铸粘接在钢体外套内而形成的一种腔体 装置。定子内表面呈双螺旋曲面，与转子外表面相配合。 沿着螺杆泵的全长，在转 子外表面与定子橡胶衬套内表 面间形成多个密封腔室；随着 转子的转动，在吸入端转子与 定子橡胶衬套内表面间会不断 形成密封腔室，并向排出端推 移，最后在排出端消失，油液 在吸入端压差的作用下被吸入 ，并由吸入端推挤到排出端， 压力不断升高，流量非常均匀 。 螺杆泵工作原 理是什么？ 螺杆泵工作的过程本质上也就是密封腔室不断形成

4、、推移和消失的过程。 螺杆泵有哪些结构参数？ e 转子偏心距，mm； D 转子截圆直径，mm； T 定子导程，mm。 螺杆泵三个重要的结构参数： 在螺杆泵参数设计过程中，这 三个基本结构参数的合理选择及相 互之间的合理配比显得尤为重要， 它们直接影响着螺杆泵的工作特性 和使用寿命。 T D e GLB500-14K为空心转子螺杆泵，每转排量500毫升，级数14； GLB120-27(2:3)为多头螺杆泵， 转子与定子头数比为2:3，每转排量 120毫升，级数27。 例 如 螺杆泵规格型号是如何规定的？ 空心转子用“K”；实心省略；等壁厚定子用“D”；金属定子用“J” 转子与定子头数比，用阿拉伯

5、数字表示，单头省略 泵的总级数 泵的几何排量，ml/r 单螺杆抽油泵,“螺”和“泵”两字汉语拼音第一个字母 泵的驱动方式：抽油杆地面驱动，用“杆”字汉语拼音第一个字母G表示； 潜油电机井下驱动，用“潜”字汉语拼音第一个字母Q表示 LB ( ) 现场应用中，根据选用泵的型号可计算出理论排量， 公式如下： 式中： Q螺杆泵理论排量，m3/d； q螺杆泵每转排量，ml/r； n转子转速，r/min。 螺杆泵理论排量如何计算 ？ 理论排量公式如下： 螺杆泵综合了柱塞泵和离心泵的优点，即在不同的压力条件 下流量改变很小，而且流量非常均匀； 无阀，对气的适应性好，不会产生“气锁”现象（柱塞泵）和 “气蚀”

6、现象（离心泵）； 结构方面的特点：运动件很少（只有转子一个运动件）、流道 短而且简单，过流面积大，油流扰动小，因此携带能力强； 对砂、蜡的适应性好，能够在高粘原油中以较高的效率工作； 螺杆泵的各种优点是相对而言的，对于一些特殊介质，也会对 螺杆泵的水力特性产生一定程度的影响，但相对抽油机和电泵而言 ，敏感性较小。 A B C D E 螺杆泵的特点及优点是什么？ 二、 螺杆泵采油系统及配套技术 本章主要讲解的内容： 地面驱动单螺杆泵采油系统 潜油电机驱动单螺杆泵采油系统 （二）地面驱动单螺杆泵采油系统组成及功能 1电控箱； 2-电机； 3-皮带； 4-方卡子； 5-光杆； 6-减速箱； 7-专用

7、井口； 8-抽油杆； 9-抽油杆扶正器； 10-油管扶正器； 11-油管； 12-螺杆泵； 13-套管； 14-定位销； 15-防脱装置；16-筛管 5 1 2 3 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1、组成：分为地面和井下两 大部分。地面部分包括:驱动 头和控制柜，井下部分包括 ：井下泵、抽油杆、油管、 配套工具（如锚定工具、扶 正器）等。见左图。 5个优点 结构简单 维护方便 节能效果 明 显 一次性 投资少 地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油 适应性强 地面驱动螺杆泵采油技术地面驱动螺杆泵采油技术以能有效降低采油成本提高采 油效益诸如抽油机柱塞泵、潜油电泵、水力

8、活塞泵等机采方 式无法比拟的优点而倍受国内外油田重视，并有望成为油田 主要的机采方式之一。 1、螺杆泵采油系统的电控部分 电控箱是螺杆泵井的控 制部分，控制电机的启、停 。该装置能自动显示、记录 螺杆泵井正常生产时的电流 、电压等，有过载、欠载自 动保护功能，确保生产井正 常生产。 电控箱的功能是什么？ 它具有对电机作过载、断相、过压、漏电、堵转及三相电流 严重不平衡自动的保护功能。 电控箱设计结构合理，前门设有安全门锁，箱门处用反边折 扣，具有防风沙、防雨、防盗的特点。 箱门的电压表、电流表、可直观的反映电网电压及螺杆泵的 工作情况。 集成化的电脑综合保护器，具有功能全、稳定性好，响应动 作

9、快的特点。 有的电控箱还可以连续记录工作运行电流，为螺杆泵泵况分 析提供依据。 1 2 3 4 5 地面驱动装置是螺杆泵采 油系统的主要地面设备，是把 动力传递给井下泵转子，使转 子实现行星运动，实现抽汲原 油的机械装置。从传动形式上 分，有液压传动和机械传动； 从变速形式上分，有无级调速 和有级调速。 螺杆泵驱动装置的 种类 机械驱动装置 液压驱动装置 2、螺杆泵采油系统的地面驱动部分 机械驱动装置传动部分是由电动机和减速器等组 成，其优点是设备简单，价格低廉，容易管理并且节 能，能实现有级调速且比较方便。其缺点是不能实现 无级调速。 液压驱动装置是由原动机，液压电机和液压传动 部分组成。其

10、优点是可实现低转速启动；转速可任意 调节；因设有液压防反转装置，减缓了抽油杆倒转速 度。其缺点是在寒冷季节地面液压件和管线保温工作 较难，且价格相对较高，不容易管理。 螺杆泵驱动装置 螺杆泵地面驱动装置一般指的是套管井口法兰面以上 与套管井口、地面输油管线相连接的那部分设备的总称。 狭义的讲它主要由原动机、减速系统、防反转机构、密封 系统、支撑系统和安全防护系统等部分组成，广义的讲还 包括螺杆泵专用井口、地面电控箱，它是螺杆泵采油系统 中的动力输出部分。根据不同的分类原则，螺杆泵地面驱 动装置有不同的种类： 螺杆泵地面驱动装置的种类、组成及工作原理 什么是螺杆泵地面驱动装置，它主要由几部 分组

11、成？ 2、螺杆泵采油系统的地面驱动部分 螺杆泵地面驱动装置主要功能是什么？ 为井下螺杆泵提供动力和合适的转速； 承受杆柱的轴向载荷； 为油井产出液进入地面输油管线提供通道； 防止产出液渗漏到井场的密封功能； 防止停机过程中杆柱的高速反转功能； 安全防护功能； 测试、防盗等其它辅助功能。其中驱动装置的密封功能和 防反转功能是该产品使用过程中暴露出问题最多的部分，影响产 品的长期可靠高效运行，制约螺杆泵采油技术的发展。 一是 二是 三是 四是 五是 六是 七是 螺杆泵地面驱动装置主要功能之一是动力传递，即将原动 机的动力通过动力传递系统传递到输出轴上，输出轴再将动力 通过方卡传递到连接在杆柱的的光

12、杆上，同时作用在光杆上的 轴向载荷和扭矩载荷通过输出轴作用于动力传递系统。对于一 般机械式螺杆泵地面驱动装置，其动力传递系统过程如下： 地面驱动装置的动力传递技术 电控箱 电动机 小带轮大带轮 方 卡 输出轴 大齿轮 齿 轮 轴 光 杆 机械式螺杆泵地面驱动装置动力传递系统流程图 地面驱动装置的密封技术 地面驱动装置密封系统包括减速箱输入输出轴处的动 密封、光杆与驱动装置之间的中低压动密封、井口静密封 系统，它们密封性能的好坏、寿命的长短直接影响地面驱 动装置的正常工作和采油系统的运转时率及成本。原油或 润滑油的泄漏不仅会造成浪费、污染环境，而且还会危及 设备和人身的安全，所以在地面驱动装置设

13、计和使用过程 中必须重视密封技术的相关性能。 2、螺杆泵采油系统的地面驱动部分 A、光杆盘根盒动密封系统 填料装入驱动装置 密封腔后，经压盖对它 做轴向压缩。 地面驱动装置的光杆密封技术 填料密封机理示意图 1-光杆; 2螺栓; 3压盖; 4盘根; 5盘根盒; 6螺栓; 7井口。 地 面 驱 动 装 置 的 密 封 原 理 光杆盘根盒动密封系统 螺杆泵停机后或卡泵时，贮存在杆柱中的弹性变形能会 快速释放，使杆柱快速反转。 停机后，在油管及外输管线内的液体与套管内井液压差作 用下，螺杆泵会变成液压马达，使转子及连接的杆柱快速反转 。油套压差越大，杆柱反转速度越快，持续时间越长，直到油 套压差恢复

14、平衡为止。 地面驱动装置防反转及安全防护技术 螺杆泵系统反转原因及危害 停 机 反 转 的 原 因 分 析 2、螺杆泵采油系统的地面驱动部分 螺杆泵泵的反转转会使杆柱脱扣、光杆甩弯，地面驱驱 动动装置零部件损损坏； 螺杆泵泵的反转转不仅仅会危及设备设备 的安全，还还会危及 现场维护现场维护 操作人员员的安全，成为为生产产事故的隐隐患。 螺杆泵采油系统停机反转会有什么危害？ A B 地面驱动装置防反转及安全防护技术 地面驱动装置防反转结构形式及工作特点 为了解决螺杆泵采油系统停机反转造成系统故障， 普遍在驱动装置中设置机械防反转系统。防反转系统可 以装在输出轴或输入轴上，装在输入轴上的防反转系统

15、 受到的工作扭矩远小于装在输出轴上的工作扭矩，但装 置横向尺寸也相应变大。综合考虑选用防反转系统装在 输入轴上的方案较好，易于调整维护。 目前机械防反转系统主要有棘轮、棘爪机构、 摩擦式防反转装置、楔块防反转系统、液压防反 转系统和电磁式防反转装置等方式。其中棘轮棘爪 防反转因结构简单，而且能够释放贮存在光杆及装置上 的反转扭矩，寿命较长，现场也可以随时更换，目前是 国内应用最多的一种防反转装置结构形式。 该防反转系统一般装在驱动装置 输入轴上，依靠刹车带的摩擦力释放 反转势能。当驱动装置工作时，棘爪 在离心力的作用下与棘轮刹车带脱离 啮合，防反转系统不工作。当停机时 ，杆柱反转带动光杆反转，

16、这时棘爪 在重力和弹簧力作用下与棘轮刹车 棘轮-棘爪式防反转装置 带啮合，防反转系统工作，依靠摩擦力避免驱动装置高速反转 。通过手动旋松扭矩释放螺栓，可以将贮存在杆柱中的反转扭 矩释放掉，提高了驱动装置操作维护的安全性。 不足 该系统不仅结构简单，成本低，而且能够释放贮存 在光杆及装置上的反转扭矩，现场也可以随时更换。 为保证防反转系统可靠工作，需要经常调整棘轮刹车带摩擦面的压 紧力。 低速时，棘轮棘爪由于接触会产生噪音和磨损。 刹车带摩擦面压紧力调整及反转扭矩释放都需要人为近距离操作，而且在 扭矩释放过程中，杆柱还会以一定速度反转，如果人为操作不当或刹车带 摩擦面打滑，也会对操作者带来安全隐患。 1 2 3 该种防反转系统工作原理类同汽车刹车系统。当螺杆泵停机时 ，杆柱反转驱动液压马达，输出的液压油驱动摩擦块作用于刹车盘 ，缓慢释放掉弹性能。反转扭矩越大，摩擦力也越大，反转扭矩小 ，摩擦力也小。 该种防反转系统可以完全释放掉杆柱弹性能，扭矩释放