双螺杆泵热力计算

第一节 轴向压力和径向压力的计算

单螺杆泵轴向压力和压力的计算是确保泵能正常运行的很重要的一环，其值也直接决定了泵的轴承的计算和选型。计算轴向压力值考虑正常状态下的运行，不考虑泵起动时或运行时发生干摩擦的情况，因为这些情况会出现轴向力非正常的增大，造成运行的不稳定。目前关于轴向压力的计算（轴向压力直接影响径向压力）尚无精确的计算公式，主要是泵运行时摩擦力引起的轴向压力的计算至今无法解决，国内外都采用经验公式的方法。

一、 轴向压力的计算：

A.B.Kpbuiob认为单螺杆泵的轴向压力pz由以下几部分构成：

1) 密封腔内介质移动时定子内的分力pz1。pz1应用彼得罗夫液体摩擦的公式计算：

11zAvp （1）

式中µ——液体的动力粘度；

A1——滑动表面面积，取A1为定子内螺旋腔总的表面积；

ν——表面相对滑动速度，取其值为轴向流速为Tn/60；

δ——摩擦面之间的液膜厚度。

定子和转子之间成过盈配合的橡胶类定子，不存在液膜厚度δ，故不考虑pz1。

2) 转子和定子表面的摩擦（视为半干摩擦）产生的分力pz2’以及转子转动时定子产生的轴向反作用压力pz2”之和pz2。

pz2= pz2’ +pz2’’ （2）

2zpI （3）

式中I——离心力，2Ime，其中m为转子质量；ξ为转子和定子表面的半干摩擦系数，镀铬转子和橡胶定子之间的介质为水时，ξ值为0.25-0.3。

pz2’’只是在定子和转子间的配合为过盈时存在，配合为间隙时pz2’’=0。

2zpp （4）

式中pδ——定子橡胶变形为δ（即过盈量）时的压缩力，max2bLP，其中max为橡胶压缩线性变形为δ时的最大应力，maxhcB，其中h为定子橡胶层平均厚度，c和B为橡胶常数，硬度为55-65HR的橡胶，c为532，B为0.99；2b2R-；L为转子截面中心形成的螺旋长度，2222lL4tet，其中l为工作长度；定子和转子配合为过盈时δ为负值。即2222max224zbLbcltppetBh (5)

产品名称 产品型号

2MPS油气混输双螺杆泵

2MPS

一,2MPS油气混输双螺杆泵适用范围:

2MPS 油气混输双螺杆泵专业用于油田上含有油,汽,水等多相介质原油的输送.提高老油井的产油量和充分利用油中的天然气.

流量:0-1000m3/h

压力:0-5.0Mpa

粘度:0.5-1×106mm2/s

温度:-30-280℃

含气量:0-100%

二,2MPS油气混输双螺杆泵特点:

1,在油井采出物产量下降的老油田,使用油气混输双螺杆泵可最大程度上降低井口背压,100%的提高这些老油井的产量,提高油田的效益,在几个月内收回投资.

2,在边缘油田,采用油气混输泵进行采出物混输,可以大大节省小油田的前期投资,把边缘性小油田与大区域油田联接起来,实现这些边缘油田的经济而有效的开采.

3,在沙漠油田,采用油气混输泵可以把沙漠腹地油井的采出物直接送至沙漠边缘的集输站,简单可靠无人看守的井口混输泵替代繁杂的井口油气分离设备,可大大降低油田建设前期投资,同时使油田工人避免在恶劣环境下工作成为可能.

4,使用在油田大的集输站,可以不加任何分离设备就可以把集输站的油,气,水混合物直接压送到远处加工厂进行处理.

5,对于较为偏远的油井或是对于油非常粘稠的油田,可以采用油气混输泵作为油井接力泵,把油井采出物升压至主管线所要求压力,送进主管线.

三,2MPS油气混输双螺杆泵泵结构说明:

1,泵的一对螺杆采用同步齿轮驱动,使得螺杆之间无金属接触,确保油气混输泵能够在100%气运转.

2,泵腔采用大流道设计,泵腔内有足够多的存液,即使在100%气的情况下,保证泵可靠运行30分钟.

3,采用独立润滑的机械密封,机械密封内带有循环自润滑装置,能够在泵运行时,机械密封内的润滑油自动循环冷却和冲洗机械密封,确保机械密封的长久寿命.

一、 螺杆泵概述

螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。中间螺杆为主动螺杆，由原动机带动回转， 两边的螺杆为从动螺杆，随主动螺杆作反向旋转。主、从动螺杆的螺纹均为双头螺纹。

由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，

就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在各空间中的液体不断排出，犹如一螺母在螺纹回转时被不断 向前推进的情形那样，这就是螺杆泵的基本工作原理。

螺杆与壳体之间的密封面是一个空间曲面。 在这个曲面上存在着诸如ab或de之类的非密封区，并且与螺杆的凹槽部分形成许多三角形的缺口abc、def。这些三角形的缺口构成液体的通道，使主动螺杆凹槽A与从动螺杆上的 凹槽B、C相连通。而凹槽B、C又沿着自己的螺线绕向背面， 并分别和背面的凹槽D、E相连通。由于在槽D、E与槽F(它属于另一头螺线)相衔接的密封面上，也存在着类似于正面的三 角形缺口a’b’c’，所以D、F、E也将相通。这样，凹槽ABCDEA也就组成一个“∞” 形的密封空间(如采用单头螺纹，则凹槽将顺轴向盘饶螺杆，将吸排口贯通，无法形成密封)。不难想象，在这样的螺杆 上，将形成许多个独立的“∞”形密封空间，每一个密封空间所占有的轴向长度恰好等于累杆的导程t。因此，为了使螺杆能吸、排油口分隔开来，螺杆的螺纹段的长度至少要大于一个导程。

从上述工作原理可以看出，螺杆泵有以下优点：

1、压力和流量范围宽阔。压力约在3.4-340千克力/cm 2，流量可达18600cm3/分；

2、运送液体的种类和粘度范围宽广；

3、因为泵内的回转部件惯性力较低，故可使用很高的转速；

4、吸入性能好，具有自吸能力；

5、流量均匀连续，振动小，噪音低；

基于计算流体力学的双螺杆泵的数值模拟

由于其在单相或多相操作可靠性和优良的性能，双螺杆泵是广泛应用于石油化工、航运、能源和食品工业正排量机械。图1中给出了一个双螺杆泵的典型布置图，显示转子同步定时齿轮和封闭的外壳。越来越高的要求对于高性能螺杆泵设计改进需要越来越高的要求。最近的在制造技术的发展，可以准确地生产新颖的设计。但在螺杆泵设计方面的改进，充分了解泵内的过程是必需的。到目前为止，大多数模型的性能分析的基础是热力室建模。

双螺杆泵的结构和成分

许多以前的研究报告了双螺杆泵的工作过程建模和实验研究工作的报告。文学资源的数量是大的，因此，只有最相关的将在下面列出李[ 1 ]介绍了各种螺杆泵的结构、齿形的产生及性能计算。冯c.et.al

[ 2 ]建立模型后的流量和压力的产生多相双螺杆泵内和模拟的热力学性能和不同气体体积分数的泵所输送的行为,唐张[ 3 ]模拟基于CFD的静态网格流场动力学提出了泄漏模型的双螺杆泵，他们还优化了齿廓。泾渭[ 4 ]讨论了双螺杆齿形设计基于CFD的模拟机和静态网格流场。D. Mewes [ 5 ]提出了根据质量和能量的多相泵性能计算模型在泵室的保护，并通过实验验证。阿沛帕蒂尔[ 6 ]和埃文

陈[ 7 ]研究了不同工作条件下的稳态和暂态特性。他们讨论了密封液粘度和气体空隙率的影响关于双螺杆泵性能的研究。K.雷比格尔[ 8 ]提出了一个模型螺杆泵，并对泵性能进行了数值计算和实验分析在非常高的气体体积分数（99% - 90%），他还进行了实验，以可视化泄漏流动的径向间隙[ 9 ]。文献资源的引用提供了一个很好的理解的工作过程中，但指出，改善是可能的，特别是多相泵的新应用。然而，大多数的电流的方法是基于热力学室忽视动能的数学模型，简化了主、漏流分析(10)(11). 一些人指的是稳态计算流体动力学假设移动流域静态网格,近似压力梯度和泄漏速度场可以获采用静态网格得,然而，这样的结果不考虑的速度场的主要流动和忽视的工作过程中的螺杆泵的瞬态特性. 由于采用静态网格的计算流体力学模拟的限制，一些重要的参数不能得到，如质量流量，转子转矩和压力波动,