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螺杆式矩形槽螺旋密封在输油泵上的试验研究

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油田高压注汽锅炉在役检验与研究
螺杆式矩形槽螺旋密封在输油泵上的试验研究①作者简介：在读博士研究生，从事采油工艺及油气井工程过程控制的研究新疆石油科技２００８年第２期（第１８卷）
螺杆式矩形槽螺旋密封在输油泵上的试验研究
朱荣东①陈平王亦凌董宝山
西南石油大学“油气蒇地质及开发工程”国家重点实验室，６１０５００四川成都

摘要
针对油田离心泵用于稠油转输时存在的问题，提出采用螺旋密封对稠油输油泵轴封处进行改造，以螺杆式矩形槽螺旋密

封结构进行了室内实试验研究，研究了螺旋密封在不同螺旋参数下的封液能力及其影响因素和封液能力随各参数变化的规律，从
而为油田稠油输油泵螺旋密封设计提供合理的依据。
主题词离心泵输油泵螺旋密封试验稠油

１前言油田离心泵用于稠油转输时存在一定的问题，尤其在输送含沙稠油时，其填料密封寿命较低，泄漏增加，因为在配用接触式填料密封的离心泵必须依靠密封副元件间的紧密贴合才能实现密封，其摩擦力大，发热量高，一旦硬质颗粒进入密封界面又引起磨料磨损，加速密封失效。在含砂介质中，接触密封这一致命弱点难以克服。密封失效不但带来巨大的经济损失，降低设备使用效率，还会造成严重的环境污染。因此，离心输油泵的密封改造是一项亟待解决的问题。螺旋密封在对付含砂介质时有其结构的优点（如图１），螺旋密封是一种非接触的流体动密封，具有结构简单、寿命长、维护方便及费用低等优点。由于这种密封只能在动态下实现密封，因此必须配置停车密封。本文以螺杆式矩形槽螺旋密封结构进行了室内实验研究，研究了螺旋密封在不同螺旋参数下的封液能力及其影响因素，从而为油田稠油输油泵螺旋密封设计提供合理的依据。２
试验原理及流程

２．１
螺旋密封封液原理

螺旋密封由旋转螺旋套与固定不动的静套组成，
工作时螺旋套旋转，静套固定。压力作用下欲向外泄
流的流体在螺旋旋转所产生的推动力作用下被迫回
流（即泵送效应），当回流量等于向外泄漏的泄漏量
时，达到密封的目的，即工作原理同螺杆泵与螺旋输
送器的工作原理类似。螺旋密封在一定工况下能封住
的最大流体压力即为螺旋密封在该工况下的封液能
力。
２．２
试验流程

试验流程图如图２所示，由电机、泵轴等几部分
组成。工作时
，油箱中的介质在加热器的作用下被加

热到所需温度后，压力泵开启，在压力泵的作用下，介
质通过输入管线流到工作腔；当螺旋密封零泄露时，
介质经节流阀流回油箱；当螺旋密封非零泄露时，一
部分介质经节流阀流回油箱。通过泵轴为螺旋套提供
动力
，整个系统的压力由节流阀加以调节，由压力表

读出。单位时间螺旋密封的泄漏量由量杯配合秒表加
以测量。

３
试验结果分析

３．１
试验螺旋参数确定

本文结合某油田的８０Ｙ－６０型输油泵工作条件
和螺旋参数的优选，确定实验分九组，其螺旋外径
ｄ＝
６０ｍｍ，螺旋长度ｌ＝１６０ｍｍ，轴套间隙ｃ＝０．１ｍｍ
，试验

液粘度０．０１９７Ｐａ・ｓ。其它各组螺旋参数如表１所示。

３９
・・
新疆石油科技２００８年第２期（第１８卷）

ｋｇｆ／ｃｍ
２

表１各组试验螺旋参数及螺旋密封能力试验数据
组别
参数

螺旋角α（°）
螺旋槽深ｈｇ（ｍｍ）
密封能力（
ｋｇｆ／ｃｍ
２
）

一二三四五六七八九
１２．０５
０．４
３．１０．２＞５１．１１．２０．２＞５

１５．４４
０．４
３．６１．１２．５０．２＞５

２０．７７
０．４
３．０５１．１２．３

３．２
试验结果分析

由表１可以看出，槽深在０．２～１．１ｍｍ范围内，槽
深越小，其密封能力愈强；螺旋角在１５°左右（１５．４４°）
时密封能力较强；在限定压力（
５ｋｇｆ／ｃｍ
２
）下，所有槽深

为
０．２ｍｍ
的螺旋，都始终没有漏失，说明在较小槽深

下有较好的密封能力，主要是因为槽浅时液体泄漏阻
力增加，但这样也势必引起较大的功率损失。
图３和图４分别表明了螺旋实际反输能力随螺
旋角和槽深的变化趋势。可以看出，随螺旋角增大，螺
旋反输能力增强
；随槽深增加，螺旋反输能力能强，在

槽深较小时，随着系统压力增加，螺旋的反输能力几

乎趋于一很小的定值；随系统压力增加，螺旋反输能
力增强，但是从理论上讲，螺旋反输能力不应随系统
压力升高而增强，但测试中确实存在这样的问题，这
可能是泄漏阻力与反输相互影响的结果
，有待进一步

研究。

４
结论

本文简要介绍了一种螺旋密封实验研究方案，并
对实验数据进行了分析，得出以下几点结论：
（１）螺旋密封的密封压力受到结构参数的影响。
螺旋角增大，泄漏增大，密封压力下降；螺旋槽深增
大，泄漏增大，密封压力下降；
（
２）螺旋角应在１２°～２０°
之间，以偏小为好，在

１５°
左右密封能力较强；

（３）在设计中，槽深应在０．２～１．１ｍｍ之间，不应
追求过高的密封能力，因为这样会导致较大的功率损
失。更应注意螺旋的润滑和冷却条件
，是螺旋密封性

图
３
螺旋反输能力随螺旋角和系统压力的变化

图４螺旋反输能力与槽深和系统压力的变化
ｋｇｆ／ｃｍ
２

４０
・・
油田高压注汽锅炉在役检验与研究
螺杆式矩形槽螺旋密封在输油泵上的试验研究

能稳定的重要因素。

参考文献
１胡国桢．化工密封技术［Ｍ］．学工业出版社，１９９０
２周志安．螺旋密封技术探讨［Ｊ］．水泵技术，１９９４，（６）：３９～４３
３潘世雄．螺旋密封在Ｄ型输油泵上的应用［Ｊ］．
油气储运，

１９９６，（３）：５０～５１

４王纪彩．螺旋密封在２ＭＣＬ－４５７型离心压缩机上的应用［Ｊ］．
１９９４，（１）：３０～３３

责任编辑：周江
收稿日期
：
２００７－０８－０３

由图７、图８中可以看出，无论是在注汽过程中
加注常温
ＣＯ２气体还是在生产过程中加注常温ＣＯ
２

气体都比加注常温Ｎ２的效果要好很多，在生产过程

中加注常温ＣＯ２气体比加注常温Ｎ２气体的优势更为
明显。模拟结果表明，９７０１０８井在气体注入量为
５
０００Ｎｍ
３

时，注常温ＣＯ２比注常温Ｎ２要多产油１２０ｔ。

５
结论与认识

九７区９７００７９井区２５口井除９７００６１井之外，
其余２４口井的生产状况基本正常，属于投产不久的
新井区。依据生产正常、无明显汽窜；井位较集中、汽
窜时可组合注汽；可改善生产效果、便于试验效果评
价；油层条件具有代表性的原则，选择了９７００９４、
９７００９５、９７０１０８、９７０１０９、９７０１１０等５
口井，作为模拟

对象，进行了历史拟合及模拟研究。模拟结果周围的
邻井乃至整个九区齐古组的井均可以应用和借鉴。
９７００９４、９７００９５、９７０１０８、９７０１０９、９７０１１０等５
口

井的单井模型的历史拟合结果较好。从模拟结果可以

看出
，在注汽过程中加注ＣＯ２是一种效果不错的增加

产量，降低开采成本，提高经济效益的措施；先注蒸汽
再注ＣＯ２方式的效果比其他的蒸汽加ＣＯ２组合的效
果更好一些
；蒸汽吞吐生产结束后，只注ＣＯ２吞吐效

果不理想。
先注１０００ｔ蒸汽再注ＣＯ２方式的方式中，合适的
ＣＯ
２
注入量应为７０００～１００００Ｎｍ３。在生产过程中加注

一定量的常温ＣＯ２气体可以明显提高开采效果，原理
上相当于在稀油层上进行了一轮
ＣＯ
２
吞吐；不同的注

ＣＯ
２
时机对开采效果也有影响，在吞吐生产２～３个月

后，即在日产量开始下降而油层温度仍然较高的时候
加注一定量的常温ＣＯ２气体开采效果较好。在生产过
程中加注ＣＯ２的最佳注入量在４０００Ｎｍ３左右。
模拟结果可以看出
，注入常温ＣＯ２气体后，焖井

时间不宜过长，影响相对较小，焖井时间一般在２ｄ之
内即可。
无论是在注汽过程中加注常温ＣＯ２气体还是在
生产过程中加注常温ＣＯ２气体都比加注常温Ｎ２效果
要好很多
，在生产过程中加注常温ＣＯ２气体比加注常

温Ｎ２气体的优势更为明显。

参考文献
１ＣＯ
２
单井吞吐技术的增油机理及应用．石油钻采工艺，
２００２，

（４）

责任编辑：李未蓝
收稿日期：
２００８－０４－１０

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第２２页）

４１
・・

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大型货油泵密封技术研究

大型货油泵密封技术研究


轴套 的配合 间隙取 ０ ５ ｍ， ．ｍ 如图 ５所示．
图 ５ 机械 密 封 配 合 间 隙
机械密封副 的 值 被 用作选 择 、 验 和设 计密 试 封副 的重要参数 ， 机械密封的摩擦功耗 、 磨损 、 温升 和 工况参数都与它有关 ， 工作 ｐ 值越高 ， ｖ 表示 机械密封 的工作能力越 强 ， 值可用 来选 型和 材料 配对． ２ 此 表 为一些常用密封副的工作 ｐ 值．
Ｔ ６ ０ 。９ ７中４ ９ ２节规 定 ， 配合 摩擦 表 面 的布 １９ ７１９ ．． 两 氏硬度差值 至少应 相差 ５ ， ０ 以防止产生烧 结． 油泵 货 叶轮采用 铝青铜 ， 氏硬 度 Ｈ 布 Ｂ为 １０ 泵壳密封 环材 ６． 料为锡青铜 ， 布氏硬度 Ｈ Ｂ为 ６ ， ０ 两者布氏硬度差值为
在 实际应 用 中， 间隙越大 ， 该 泄漏量就越 大 ， 泵的
一
轴 承 架
迷
一
偏转盘
、 密 封 盘
效率就会 急剧下 降 ． 该间 隙如过 小 ， 接缝处 就很 容易 发生 叶轮 和泵壳件的磨损现象 ， 影响 叶轮和泵 壳的寿 命． 为有效 的解决 该 问题 ， 货油 泵泵 壳上 镶嵌一 个 在 金属环 ， 该环 的接缝 面可以做 成多齿形 以增加水 流 回
ｌ 泵轴 ，
分， 同时法兰面 的液态密 封胶 必须 可 以清除 ， 用液 采 态 密封胶 清除剂可 以完全清除残 留胶 体． 为了加速新 涂抹上 的液 态密 封胶 固化 ， 用 促进 剂 可 以加速 固 使
化 ， 省安装 时间． 节
３ 叶轮 泵壳 间 的密封 叶轮的外侧与泵壳隔架部位之 间是压水 室 ， 泵壳
２ 前后 泵 壳及 螺纹 间 的密封 前后泵壳 的法 兰面是复杂的异形截面结构 ， 如图 ２所示 ， 法使 用 常规 的密封 件 密封 ， 是 由于两 个 无 但
双螺杆泵试验报告

双螺杆泵试验报告

双螺杆泵试验报告引言双螺杆泵是一种广泛应用于工业领域的流体输送设备，其特点是输送能力大、压力稳定、流量均匀等。

通过对双螺杆泵的试验，可以更加深入地了解其性能及工作机制，为工程设计和设备选型提供依据。

本报告将详细介绍双螺杆泵的试验方法、试验结果及分析，并对试验过程中可能出现的问题进行讨论。

试验方法设备准备在开始试验之前，我们首先需要准备好双螺杆泵试验所需的设备和材料。

主要包括双螺杆泵、流量计、压力传感器、温度传感器等。

确保这些设备的准确度和可靠性，以保证试验结果的准确性。

实验过程1.将双螺杆泵连接到供液系统，确保系统密封良好；2.连接流量计和压力传感器，以测量泵的流量和压力数据；3.打开供液系统，将液体送入双螺杆泵；4.在流量计和压力传感器上记录数据，并根据需要调整输送量和压力；5.继续记录数据，直到达到所需的试验点；6.对试验过程中的关键数据进行分析和整理。

试验结果流量-压力曲线根据试验数据绘制的流量-压力曲线如下：流量 (m³/h) 压力 (MPa)0 010 0.220 0.530 0.840 1.250 1.560 1.870 2.080 2.290 2.3100 2.4我们可以看出，在保持流量不变的情况下，随着压力的增加，流量-压力曲线呈现出线性关系。

这说明双螺杆泵在一定范围内能够稳定地输送液体，并可以通过调整压力来控制流量。

效率与功率曲线根据试验数据绘制的效率-流量和功率-流量曲线如下：效率-流量曲线流量 (m³/h) 效率 (%)0 010 2020 3430 4540 5250 5760 6170 6380 6590 66100 67功率-流量曲线流量 (m³/h) 功率 (kW)0 010 120 1.530 240 350 3.560 470 4.580 590 5.5100 6由上述曲线可知，随着流量的增加，双螺杆泵的效率逐渐提高，并且功率也随之增加。

基于正交试验的机械密封螺旋槽参数优化研究

基于正交试验的机械密封螺旋槽参数优化研究

基于正交试验的机械密封螺旋槽参数优化研究
王鸿江;刘连强;张家祥;张金亚
【期刊名称】《石油机械》
【年(卷),期】2022(50)3
【摘要】离心泵机械密封在运行过程中易发生端面空化,从而影响设备运行的可靠性和稳定性。

为了研究螺旋槽端面空化对机械密封性能的影响,以泄漏量Q、开启力F作为优化目标,以槽深h、槽径比β、螺旋角θ、槽数n及槽位系数λ为变量,建立正交试验表,采用CFD方法进行密封膜流场数值模拟。

研究结果表明:λ对开启力及泄漏量的影响显著,n次之;当λ≠0时,液膜内部空化剧烈,影响密封稳定性;当λ=0时,基于正交试验法,提出多目标参数最优工况曲线法,以P(泄漏量增量ΔQ/开启力增量ΔF)作为优化评价指标,得到6组最佳优化工况点,并拟合得到最优工况曲线,为螺旋槽结构的选择和优化提供了理论基础。

提出的基于最优工况曲线法可解决正交试验的多目标优化问题,具有普适性。

【总页数】8页(P1-8)
【作者】王鸿江;刘连强;张家祥;张金亚
【作者单位】中国石油大学(北京)机械与储运工程学院;北京航天石化技术装备工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE927
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螺旋槽上游泵送机械密封摩擦系数的解析分析

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螺旋槽上游泵送机械密封摩擦系数的解析分析冯秀;何小元【期刊名称】《流体机械》【年(卷),期】2015(000)012【摘要】上游泵送机械密封是一种具有环保、长寿命、低能耗的高新密封技术，其应用前景将十分广阔。

端面液膜特性是决定上游泵送机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。

主要依据流体雷诺方程和 Muijderman 无限窄槽理论，再用端面槽型因子对其进行修正，推导了螺旋槽上游泵送机械密封端面间液膜的径向压力分布、泄漏率、承载力、摩擦力、摩擦系数等液膜特性参数的计算公式，并重点分析了操作参数与槽型参数对端面摩擦系数的影响。

研究表明，摩擦系数随转速和粘度增加而增加，随压力增加而减小。

槽深H′＝2．5、槽数 Ng ＝10～18、槽宽比 B ＝0．6～0．8、槽长比 l ＝0．6～0．7时，密封环端面间摩擦系数较小，液膜特性较好，这时端面间间隙对摩擦系数几乎没有影响。

此研究结果可为上游泵送机械密封的正确使用和设计提供依据。

【总页数】6页(P17-21,10)【作者】冯秀;何小元【作者单位】东南大学，江苏南京 210096; 南京科技职业学院，江苏南京210048;东南大学，江苏南京 210096【正文语种】中文【中图分类】TH117.3;TB42【相关文献】1.单双列螺旋槽上游泵送机械密封效果比较 [J], 贺鹏程; 李叶林2.螺旋槽上游泵送机械密封端面间液膜压力脉动特性 [J], 陈汇龙;付杰;李述林;赵斌娟;邹强;刘金凤3.多列螺旋槽上游泵送机械密封性能分析 [J], 高文彬;潘晓波;黄伟峰;王子羲;郭飞;邹亮;秦江平4.上游泵送螺旋槽机械密封优化设计 [J], 於雷;祝海林;吴少华;唐鑫5.螺旋槽上游泵送机械密封性能理论分析与数值模拟 [J], 贺鹏程因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。