人工举升新工艺新技术培训讲义PPT图文
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改进前后粘接性能对比
试验井 脱胶井
脱胶率0.3%
脱胶率30% 检泵周期198天
301
50
15
1
2009年-2011年9月 2011年10月-现在
改进前后现场应用情况对比
3、质量控制方法和检测指标
(1)外管参数检测方法及控制指标
➢导程检测
采用光栅测量仪和定位模结合方法
➢截面尺寸检测
采用芯棒方法
➢控制指标
泵型
DGLB1000 DGLB800 DGLB500 DGLB400 DGLB300 DGLB200
不同规格等壁厚定子螺杆泵的结构参数
级数 头数
18
2
18
2
16
1
15
1
20
1
25
1
偏心距 (mm)
7.0 7.0 7.5 7.0 7.0 6.0
导程 (mm)
414 375 400 320 240 200
工作原理
螺杆泵地面驱动装置将电能转化为 机械能，带动光杆旋转，光杆通过抽油 杆柱将动力传递给井下螺杆泵，螺杆泵 将机械能转变为液体能，从而实现油液 的有效举升
螺杆泵举升系统
➢结构简单
5
➢维护方便
个 优
➢一次性投资少
点
➢节能效果明显
➢适应性强
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，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
➢ 螺杆泵基础知识
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
(柱塞泵)和 “气蚀”现象(离心泵) ➢ 结构方运动件少、流道短而且简单，过流面积大，
油流扰动小，携带能力强 ➢ 砂、蜡适应性好，高粘原油效率较高
(二)螺杆泵系统优化设计技术
1、漏失机理
螺杆泵的设计基于普通内摆线原理，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
1：2结构
2：3结构
3：4结构
4：5结构
螺杆泵工作原理
➢ 沿着螺杆泵全长，在转子外表面与定子内表面间形成多个密封腔室； 随着转子转动，在吸入端转子与定子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，并由吸入端被推挤到排出端，压力不断升高，流量非常均匀
➢ 螺杆泵工作的过程也就是密封腔室不断形成、推移和消失的过程
技术构成
举升机组---机、杆、泵 配套技术---工况分析、诊断
系统优化 清防蜡 ……
➢主要内容
螺杆泵采油新技术 抽油机动态节能控制技术 同井注采工艺 潜油柱塞泵采油技术 三元复合驱采油工艺
二、螺杆泵采油新技术
(一)概述
系统组成：
地面部分：驱动装置、电控箱 井下部分：螺杆泵、抽油杆、油管及配套
设备(油管锚、扶正器等)
差值
6.7 6.1 6.1 1.7
优化动液面
607 654 612 568
常规动液面
340 388 588 576
差值
267 266 24 -8
✓泵型GLB500，动液面平均730m ，免修期867d
➢从趋势上看，优化后螺杆泵的泵效处于一个相对稳定的区间 ➢这种长时间的泵效稳定有利于进一步延长螺杆泵的运行寿命
工作过程中，液压力作用在定转子密封型线上， 产生横向与纵向两个方面的漏失
纵向漏失
横向漏失
螺杆泵定子轴向压力分布
螺杆泵定转子间存在一定量的过盈值，这 样可有效密封举升腔室，实现高效举升目的
不合理过盈值一方面影响泵效，另一方面 影响泵扭矩，过盈值过小则泵效低，过盈值过 大则增加杆柱的负荷
2、优化方法
单级导程误差0.05mm-0.07mm，累 积误差小于1.5mm
定子外管导程检测方法示意图
(2)等壁厚定子螺杆泵水力特性检测指标
根据配泵过盈、橡胶温溶胀变化及现场试验效果分析， 确定了满足老区油井举升的等壁厚定子螺杆泵检测指标
试验条件 50℃、100r/min
试验介质 32#工程液压油
检测指标 6MPa，容积效率(70±5)%
均压作用下等壁厚定子剪应变分布
模拟条件：均压5MPa 、过盈0.15mm、转速100r/min
➢等壁厚定子粘接面剪应变比常规定子高9.1个百分点 因此在参数设计和加工工艺方面重点考虑等壁厚定子粘接问题
(3)过盈量和橡胶厚度是影响工作性能的敏感因素
模拟条件：100r/min, 进出口压差8MPa
结构参数
注胶定位示意图
定位误差导致的压偏现象
等壁厚定子螺杆泵研制与应用
结构参数的优化 设计方法研究
加工工艺 技术研究
试验评价技术 研究
力学分析 模型研究
工作性能数值 定子外管成型 模拟研究 工艺技术研究
定子加工 工艺研究
室内试验研究 现场试验研究
建立结构参数 优化设计方法
定型加工工艺
建立检测指标 进行质量控制
➢ 不同区块的动液面均实现了深抽，其中六厂的水驱与聚驱均 好于一厂的试验水平
➢ 从泵效水平来看，两厂的试验泵在水驱效果好于聚驱的效果
不同区块对比数据表
试验 区块 六厂
一厂
驱替类型
水驱 聚驱 水驱 聚驱
试验井数 优化泵效
54
68.7
46
65.3
38
58.1
29
56.5
常规泵效
62 59.2 52 54.8
沉没度(m)
检泵周期(d)
沉没度(m)
2012年大庆油田老区螺杆泵与抽油机技术指标对比
等壁厚定子螺杆泵需要解决的技术难题
一是参数设计方法
➢ 由于定子结构的改变，不能沿用常规螺杆泵参数设计方法 ➢ 对等壁厚定子橡胶的变形规律、内部生热情况及可能的失
效形式的确定
等壁厚定子螺杆泵截面图
常规螺杆泵截面图
二是定子外管的制造
调整的核心：是根据定子的型腔变化特性，优化转子的初始节圆D与偏心
e设计尺寸
3、现场应用情况及效果分析
截止2012年12月底，参数优化现场试验项目在大庆油田 一厂与六厂共开展4种泵型现场试验167口井，平均泵效63.3% ，动液面614m，15口井免修期超700天，最长免修期986d，检 泵6口井，检泵周期622天，表现出良好适应性
螺杆泵三个基本参数
在螺杆泵参数设计过程中，这
e ——转子偏心距，mm； 三个基本结构参数的合理选择及相 D ——转子截圆直径，mm； 互之间的合理配比显得尤为重要， T ——定子导程，mm。 它们直接影响着螺杆泵的工作特性
和使用寿命
T
D
e
螺杆泵的特点及优点
➢ 流量相对恒定均匀 ➢ 无阀，对气的适应性好，不会产生“气锁”现象
证了成型精度
挤压模具入口
挤压模具出口
(2)等壁厚定子外管挤压成型方法
毛坯管修整
表面处理
润滑处理
软化处理
挤压成型
➢ 研发了挤压成型系统，由500吨压力机、进给机构和自控系统组成 ➢ 确定了喷砂、磷化表面处理方法和石墨润滑方法 ➢ 确定了将毛坯管预热至850℃左右的软化处理方法
(3)等壁厚定子加工工艺
保证注胶精度、解决 注胶困难和橡胶压偏 问题
硫化
采用保压硫化，注胶压力由16MPa提高到18MPa 采用二次硫化工艺
提高橡胶致密性，保 证橡胶综合性能
改进后，橡胶粘接强度提高了82%，比常规泵工 艺高30%，解决了前期脱胶问题
改进前 常规工艺 改进后
20.4 15.7 11.2
粘接强度(N/mm)
形成完善的等壁厚螺杆泵举升技术，实现批量生产和推广应用
1、等壁厚定子螺杆泵结构参数优化设计方法
(1)等壁厚定子型线变化和温度场分布规律
➢ 变形量小、型线变化均匀, 最大变形量减小58% ➢ 温升低，影响范围小, 最高温升降低了42%
最高温升 16.4℃
最高温升 9.5℃
温、溶胀后法向位移对比
(井温50℃ 、溶胀率3%)
常规定子温度场
等壁厚定子温度场
(过盈0.15mm、转速100r/min、井温50℃)
(2)腔室压力和过盈接触剪应变是造成脱胶的主要因素 常规定子最大剪应变在压力作用表面附近，而等壁厚定
子最大剪应变位于橡胶与外管粘接面附近
接触面剪应变8.4 % 粘接面剪应变8.3 %
接触面剪应变3.6% 粘接面剪应变12.9%
➢ 在工况条件下，温度及介质双重作用 下定子橡胶发生不均匀的膨胀，这会 改变定子型腔的初始设计型线，影响 定转子的配合状态
➢ 过盈优化设计是优化螺杆泵转子的型 线，使得在工况条件下运行过程中定 转子的配合状态得到改善，有利于提 高螺杆泵的工作特性
原过盈优化方法
直接优化转子的直径尺寸，转子的长轴和短轴同时调整
人工举升 新工艺新技术
2018年3月
目录
一、概述 二、螺杆泵采油新技术 三、抽油机动态节能控制技术 四、特种工艺技术
一、概述
人工举升概念
人工举升工艺技术就是用动力带动井下泵把井下的油、气、水等混合物 从井下举升到地面的技术
追求的目标
有效举升---在合理流压下稳定生产 高效举升---经济有效：低成本、高效率、长周期
(三)等壁厚定子螺杆泵举升技术
工况条件下,常规螺杆泵定子橡胶不均匀膨胀，型线改 变，定转子配合精度降低，导致运转中后期泵效低，沉没度 高，调参不增液，检泵周期与水驱抽油机相比差距较大，为 此开发了等壁厚定子螺杆泵
水驱
聚驱
螺杆ห้องสมุดไป่ตู้ 抽油机
807 613
441 249
577 502
488
310
检泵周期(d)
工艺
改进措施
目的
喷砂
喷砂磨料由球形改为菱形 采用45度倾斜喷嘴、型线跟踪方式
保证喷砂均匀和粗糙 度，提高粘接附着力
粘接
粘接剂采用雾化、旋转机械喷涂工艺 采用重量法准确控制粘接剂层厚度
保证粘接剂涂层均匀 和粘接强度
注胶
将注胶孔、排气孔和定位位置进行对称设置 采用钻孔模定位方法，保证模芯与定子管型线吻 合 设计专用注胶工装，采用多点注胶工艺
➢ 近十年，法国、加拿大和德国等国外公司开始等壁厚定子 螺杆泵研究，目前也仅处于先导性试验阶段
➢ 采油院从2004年陆续开展了分段精铸、分段切削等定子外 管加工工艺研究，但都难以实现批量生产
等壁厚定子螺杆泵
三是现有工艺无法适应等壁厚定子加工
喷 砂：不能保证外管凸凹面喷砂力度均匀 粘 接：难以保证外管凸凹面涂胶层厚度均匀 注 胶：流道变窄增大了注胶难度 注胶定位：难以实现外管与模芯的精确吻合定位
5.8 9.5 14.1 8.3 11.6 9.5 7.7 -3.9
剪应力 (MPa)
0.50
0.60 0.70 0.20 0.91 0.60 0.42 -0.49
为保证“高泵效、低扭矩、低剪切、低温升”的优化 目标，需确定合理的橡胶厚度和配泵过盈值
➢ 按照“一高三低”的设计原则，优化设计了等壁厚定子螺 杆泵结构参数
泵效 (%)
扭矩 (N.m)
最高温升 (℃)
过盈值 (mm)
0.10 0.15 0.20
变化值
8
橡胶厚度 (mm)
10
12
变化值
66.72 76.13 83.10 16.38 81.90 76.13 68.43 -13.47
731.79 773.87 823.15 91.36 809.71 773.87 751.63 -58.08
转子直径 (mm) 30 33 42 44 44 43
橡胶厚度 (mm)
10 10 10 10 10 12
过盈量 (mm) 0.10 0.12 0.15 0.15 0.15 0.13
2、等壁厚定子加工工艺
(1)定子外管挤压模具
➢ 模具材料选用Cr12MoV，热膨胀率小、耐磨性好、使用寿命长 ➢ 模具由六块压力板和三块凹模组成，内腔长度为二个导程,保
压差作用下常规定子剪应变分布
压差使用下等壁厚定子剪应变分布
模拟条件： 压差0.5MPa、过盈0.15mm、转速100r/min
➢等壁厚定子粘接面剪应变比常规定子高4.6个百分点
接触面剪应变29.7 % 粘接面剪应变22.4 %
接触面剪应变15.8% 粘接面剪应变31.5 %
均压作用下常规定子剪应变分布
螺杆泵工作原理示意图
螺杆泵基本要求
➢ 定、转子能够互相匹配，即能够满足一般齿形啮合运动的 要求
➢ 转子和定子橡胶衬套能够保证密封性，即转子和定子橡胶 衬套间能够形成多个密封腔室，以充满工作液体
➢ 密封腔室能够不断推移，即转子的转动能够使密封腔室连 同其中的工作液体连续地沿轴向推移，并在推移过程中进 行机械能和液体能的相互转化
修正的过盈优化方法
分开优化转子的直径和偏心，分开调整转子的长轴和短轴
针对常规螺杆泵定子橡胶工况条件下型线的变化特点， 进行了螺杆泵定转子过盈优化技术研究，旨在提高定转 子的配合精度，改善定转子的受力状态，从而提高螺杆 泵的运行特性
干涉区域
优化前型线干涉示意图
优化后型线干涉示意图
L D 2e
L' D 2e 1 2
试验井 脱胶井
脱胶率0.3%
脱胶率30% 检泵周期198天
301
50
15
1
2009年-2011年9月 2011年10月-现在
改进前后现场应用情况对比
3、质量控制方法和检测指标
(1)外管参数检测方法及控制指标
➢导程检测
采用光栅测量仪和定位模结合方法
➢截面尺寸检测
采用芯棒方法
➢控制指标
泵型
DGLB1000 DGLB800 DGLB500 DGLB400 DGLB300 DGLB200
不同规格等壁厚定子螺杆泵的结构参数
级数 头数
18
2
18
2
16
1
15
1
20
1
25
1
偏心距 (mm)
7.0 7.0 7.5 7.0 7.0 6.0
导程 (mm)
414 375 400 320 240 200
工作原理
螺杆泵地面驱动装置将电能转化为 机械能，带动光杆旋转，光杆通过抽油 杆柱将动力传递给井下螺杆泵，螺杆泵 将机械能转变为液体能，从而实现油液 的有效举升
螺杆泵举升系统
➢结构简单
5
➢维护方便
个 优
➢一次性投资少
点
➢节能效果明显
➢适应性强
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，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
➢ 螺杆泵基础知识
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
(柱塞泵)和 “气蚀”现象(离心泵) ➢ 结构方运动件少、流道短而且简单，过流面积大，
油流扰动小，携带能力强 ➢ 砂、蜡适应性好，高粘原油效率较高
(二)螺杆泵系统优化设计技术
1、漏失机理
螺杆泵的设计基于普通内摆线原理，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
1：2结构
2：3结构
3：4结构
4：5结构
螺杆泵工作原理
➢ 沿着螺杆泵全长，在转子外表面与定子内表面间形成多个密封腔室； 随着转子转动，在吸入端转子与定子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，并由吸入端被推挤到排出端，压力不断升高，流量非常均匀
➢ 螺杆泵工作的过程也就是密封腔室不断形成、推移和消失的过程
技术构成
举升机组---机、杆、泵 配套技术---工况分析、诊断
系统优化 清防蜡 ……
➢主要内容
螺杆泵采油新技术 抽油机动态节能控制技术 同井注采工艺 潜油柱塞泵采油技术 三元复合驱采油工艺
二、螺杆泵采油新技术
(一)概述
系统组成：
地面部分：驱动装置、电控箱 井下部分：螺杆泵、抽油杆、油管及配套
设备(油管锚、扶正器等)
差值
6.7 6.1 6.1 1.7
优化动液面
607 654 612 568
常规动液面
340 388 588 576
差值
267 266 24 -8
✓泵型GLB500，动液面平均730m ，免修期867d
➢从趋势上看，优化后螺杆泵的泵效处于一个相对稳定的区间 ➢这种长时间的泵效稳定有利于进一步延长螺杆泵的运行寿命
工作过程中，液压力作用在定转子密封型线上， 产生横向与纵向两个方面的漏失
纵向漏失
横向漏失
螺杆泵定子轴向压力分布
螺杆泵定转子间存在一定量的过盈值，这 样可有效密封举升腔室，实现高效举升目的
不合理过盈值一方面影响泵效，另一方面 影响泵扭矩，过盈值过小则泵效低，过盈值过 大则增加杆柱的负荷
2、优化方法
单级导程误差0.05mm-0.07mm，累 积误差小于1.5mm
定子外管导程检测方法示意图
(2)等壁厚定子螺杆泵水力特性检测指标
根据配泵过盈、橡胶温溶胀变化及现场试验效果分析， 确定了满足老区油井举升的等壁厚定子螺杆泵检测指标
试验条件 50℃、100r/min
试验介质 32#工程液压油
检测指标 6MPa，容积效率(70±5)%
均压作用下等壁厚定子剪应变分布
模拟条件：均压5MPa 、过盈0.15mm、转速100r/min
➢等壁厚定子粘接面剪应变比常规定子高9.1个百分点 因此在参数设计和加工工艺方面重点考虑等壁厚定子粘接问题
(3)过盈量和橡胶厚度是影响工作性能的敏感因素
模拟条件：100r/min, 进出口压差8MPa
结构参数
注胶定位示意图
定位误差导致的压偏现象
等壁厚定子螺杆泵研制与应用
结构参数的优化 设计方法研究
加工工艺 技术研究
试验评价技术 研究
力学分析 模型研究
工作性能数值 定子外管成型 模拟研究 工艺技术研究
定子加工 工艺研究
室内试验研究 现场试验研究
建立结构参数 优化设计方法
定型加工工艺
建立检测指标 进行质量控制
➢ 不同区块的动液面均实现了深抽，其中六厂的水驱与聚驱均 好于一厂的试验水平
➢ 从泵效水平来看，两厂的试验泵在水驱效果好于聚驱的效果
不同区块对比数据表
试验 区块 六厂
一厂
驱替类型
水驱 聚驱 水驱 聚驱
试验井数 优化泵效
54
68.7
46
65.3
38
58.1
29
56.5
常规泵效
62 59.2 52 54.8
沉没度(m)
检泵周期(d)
沉没度(m)
2012年大庆油田老区螺杆泵与抽油机技术指标对比
等壁厚定子螺杆泵需要解决的技术难题
一是参数设计方法
➢ 由于定子结构的改变，不能沿用常规螺杆泵参数设计方法 ➢ 对等壁厚定子橡胶的变形规律、内部生热情况及可能的失
效形式的确定
等壁厚定子螺杆泵截面图
常规螺杆泵截面图
二是定子外管的制造
调整的核心：是根据定子的型腔变化特性，优化转子的初始节圆D与偏心
e设计尺寸
3、现场应用情况及效果分析
截止2012年12月底，参数优化现场试验项目在大庆油田 一厂与六厂共开展4种泵型现场试验167口井，平均泵效63.3% ，动液面614m，15口井免修期超700天，最长免修期986d，检 泵6口井，检泵周期622天，表现出良好适应性
螺杆泵三个基本参数
在螺杆泵参数设计过程中，这
e ——转子偏心距，mm； 三个基本结构参数的合理选择及相 D ——转子截圆直径，mm； 互之间的合理配比显得尤为重要， T ——定子导程，mm。 它们直接影响着螺杆泵的工作特性
和使用寿命
T
D
e
螺杆泵的特点及优点
➢ 流量相对恒定均匀 ➢ 无阀，对气的适应性好，不会产生“气锁”现象
证了成型精度
挤压模具入口
挤压模具出口
(2)等壁厚定子外管挤压成型方法
毛坯管修整
表面处理
润滑处理
软化处理
挤压成型
➢ 研发了挤压成型系统，由500吨压力机、进给机构和自控系统组成 ➢ 确定了喷砂、磷化表面处理方法和石墨润滑方法 ➢ 确定了将毛坯管预热至850℃左右的软化处理方法
(3)等壁厚定子加工工艺
保证注胶精度、解决 注胶困难和橡胶压偏 问题
硫化
采用保压硫化，注胶压力由16MPa提高到18MPa 采用二次硫化工艺
提高橡胶致密性，保 证橡胶综合性能
改进后，橡胶粘接强度提高了82%，比常规泵工 艺高30%，解决了前期脱胶问题
改进前 常规工艺 改进后
20.4 15.7 11.2
粘接强度(N/mm)
形成完善的等壁厚螺杆泵举升技术，实现批量生产和推广应用
1、等壁厚定子螺杆泵结构参数优化设计方法
(1)等壁厚定子型线变化和温度场分布规律
➢ 变形量小、型线变化均匀, 最大变形量减小58% ➢ 温升低，影响范围小, 最高温升降低了42%
最高温升 16.4℃
最高温升 9.5℃
温、溶胀后法向位移对比
(井温50℃ 、溶胀率3%)
常规定子温度场
等壁厚定子温度场
(过盈0.15mm、转速100r/min、井温50℃)
(2)腔室压力和过盈接触剪应变是造成脱胶的主要因素 常规定子最大剪应变在压力作用表面附近，而等壁厚定
子最大剪应变位于橡胶与外管粘接面附近
接触面剪应变8.4 % 粘接面剪应变8.3 %
接触面剪应变3.6% 粘接面剪应变12.9%
➢ 在工况条件下，温度及介质双重作用 下定子橡胶发生不均匀的膨胀，这会 改变定子型腔的初始设计型线，影响 定转子的配合状态
➢ 过盈优化设计是优化螺杆泵转子的型 线，使得在工况条件下运行过程中定 转子的配合状态得到改善，有利于提 高螺杆泵的工作特性
原过盈优化方法
直接优化转子的直径尺寸，转子的长轴和短轴同时调整
人工举升 新工艺新技术
2018年3月
目录
一、概述 二、螺杆泵采油新技术 三、抽油机动态节能控制技术 四、特种工艺技术
一、概述
人工举升概念
人工举升工艺技术就是用动力带动井下泵把井下的油、气、水等混合物 从井下举升到地面的技术
追求的目标
有效举升---在合理流压下稳定生产 高效举升---经济有效：低成本、高效率、长周期
(三)等壁厚定子螺杆泵举升技术
工况条件下,常规螺杆泵定子橡胶不均匀膨胀，型线改 变，定转子配合精度降低，导致运转中后期泵效低，沉没度 高，调参不增液，检泵周期与水驱抽油机相比差距较大，为 此开发了等壁厚定子螺杆泵
水驱
聚驱
螺杆ห้องสมุดไป่ตู้ 抽油机
807 613
441 249
577 502
488
310
检泵周期(d)
工艺
改进措施
目的
喷砂
喷砂磨料由球形改为菱形 采用45度倾斜喷嘴、型线跟踪方式
保证喷砂均匀和粗糙 度，提高粘接附着力
粘接
粘接剂采用雾化、旋转机械喷涂工艺 采用重量法准确控制粘接剂层厚度
保证粘接剂涂层均匀 和粘接强度
注胶
将注胶孔、排气孔和定位位置进行对称设置 采用钻孔模定位方法，保证模芯与定子管型线吻 合 设计专用注胶工装，采用多点注胶工艺
➢ 近十年，法国、加拿大和德国等国外公司开始等壁厚定子 螺杆泵研究，目前也仅处于先导性试验阶段
➢ 采油院从2004年陆续开展了分段精铸、分段切削等定子外 管加工工艺研究，但都难以实现批量生产
等壁厚定子螺杆泵
三是现有工艺无法适应等壁厚定子加工
喷 砂：不能保证外管凸凹面喷砂力度均匀 粘 接：难以保证外管凸凹面涂胶层厚度均匀 注 胶：流道变窄增大了注胶难度 注胶定位：难以实现外管与模芯的精确吻合定位
5.8 9.5 14.1 8.3 11.6 9.5 7.7 -3.9
剪应力 (MPa)
0.50
0.60 0.70 0.20 0.91 0.60 0.42 -0.49
为保证“高泵效、低扭矩、低剪切、低温升”的优化 目标，需确定合理的橡胶厚度和配泵过盈值
➢ 按照“一高三低”的设计原则，优化设计了等壁厚定子螺 杆泵结构参数
泵效 (%)
扭矩 (N.m)
最高温升 (℃)
过盈值 (mm)
0.10 0.15 0.20
变化值
8
橡胶厚度 (mm)
10
12
变化值
66.72 76.13 83.10 16.38 81.90 76.13 68.43 -13.47
731.79 773.87 823.15 91.36 809.71 773.87 751.63 -58.08
转子直径 (mm) 30 33 42 44 44 43
橡胶厚度 (mm)
10 10 10 10 10 12
过盈量 (mm) 0.10 0.12 0.15 0.15 0.15 0.13
2、等壁厚定子加工工艺
(1)定子外管挤压模具
➢ 模具材料选用Cr12MoV，热膨胀率小、耐磨性好、使用寿命长 ➢ 模具由六块压力板和三块凹模组成，内腔长度为二个导程,保
压差作用下常规定子剪应变分布
压差使用下等壁厚定子剪应变分布
模拟条件： 压差0.5MPa、过盈0.15mm、转速100r/min
➢等壁厚定子粘接面剪应变比常规定子高4.6个百分点
接触面剪应变29.7 % 粘接面剪应变22.4 %
接触面剪应变15.8% 粘接面剪应变31.5 %
均压作用下常规定子剪应变分布
螺杆泵工作原理示意图
螺杆泵基本要求
➢ 定、转子能够互相匹配，即能够满足一般齿形啮合运动的 要求
➢ 转子和定子橡胶衬套能够保证密封性，即转子和定子橡胶 衬套间能够形成多个密封腔室，以充满工作液体
➢ 密封腔室能够不断推移，即转子的转动能够使密封腔室连 同其中的工作液体连续地沿轴向推移，并在推移过程中进 行机械能和液体能的相互转化
修正的过盈优化方法
分开优化转子的直径和偏心，分开调整转子的长轴和短轴
针对常规螺杆泵定子橡胶工况条件下型线的变化特点， 进行了螺杆泵定转子过盈优化技术研究，旨在提高定转 子的配合精度，改善定转子的受力状态，从而提高螺杆 泵的运行特性
干涉区域
优化前型线干涉示意图
优化后型线干涉示意图
L D 2e
L' D 2e 1 2