[发明专利]一种变螺距变啮合间隙的螺杆转子

说明书

技术领域

本发明涉及双螺杆式气液混输泵，特别涉及适用于双螺杆式气液混输泵的一种变螺距与变啮合间隙的螺杆转子。

背景技术

以多相泵为核心的气液多相混输技术在石油工业中得到广泛应用，特别对边际油田和卫星油田的开发具有显著的经济效益；双螺杆式气液混输泵依靠两个螺杆转子之间的相互啮合，实现工作腔容积的周期性变化来对气液介质进行增压，达到混输气液混合介质的目的。按照螺杆转子所形成的工作腔的变化规律，现有的双螺杆式气液混输泵可分为两种：螺杆转子所形成的压缩腔容积始终不变、螺杆转子所形成的压缩腔容积逐渐减小。前者压缩腔容积恒定，无内压缩过程，这种双螺杆式气液混输泵在排出过程刚开始时，排出管道内的气液介绍倒流到压缩腔内，并与压缩腔内的气液介质进行混合，其增压过程不平稳、各压缩腔内气液介质压力升高不均匀、有压力突变，容易产生较大的冲击振动，其功耗大、工作效率低。后者有内压缩过程，即螺杆转子所形成的压缩腔是逐渐减小的，这种双螺杆式气液混输泵当输送的气液介质含液率较高时，由于液体的不可压缩性，其压缩腔内容易出现压力骤增，甚至液击的现象，影响双螺杆式气液混输泵的安全运行。

发明内容

针对以上问题，当含液率较高时，因液体不可压缩而易产生的压缩腔内压力骤增、甚至液击问题，为了提高双螺杆式气液混输泵工作过程中的稳定性和可靠性，降低压缩功耗，本发明提出一种变螺距变啮合间隙的螺杆转子及双螺杆式气液混输泵，通过变螺距产生内压缩过程，使气液介质增压过程平稳，采用变化的啮合间隙的螺杆转子，工作中形成一条从压缩腔通向排出口方向的卸压通道，在气液混合增压过程中，随着压缩腔容积的减小，从气液介质从压缩腔向排出口产生少量泄漏，实现液相压缩的随机卸荷，解决了压力骤增和液击现象；同时压缩腔在通向吸入口方向不存在泄漏通道，增压过程中气液介质不会产生从压缩腔向吸入口的外泄漏，进而不会降低其容积效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变螺距变啮合间隙的螺杆转子，由吸入段(Ⅰ)和压缩排出段(Ⅱ)组成，其吸入段(Ⅰ)连接吸入口(3)，压缩排出段(Ⅱ)连接排出口(4)；吸入段(Ⅰ)和压缩排出段(Ⅱ)之间是光滑连接的；螺杆转子是变螺距的，从吸入段(Ⅰ)到压缩排出段(Ⅱ)方向，螺杆转子的螺距是逐渐减小的；螺杆转子的吸入段(Ⅰ)的任意轴向位置处的截面型线是相同的，螺杆转子的压缩排出段(Ⅱ)的任意轴向位置处的截面型线是变化的，螺杆转子的压缩排出段(Ⅱ)呈锥形，越靠近排出口(4)，其外径越小。

在工作过程中，右旋螺杆转子(1)与左旋螺杆转子(2)相互啮合，在两个螺杆转子的吸入段(Ⅰ)为无啮合间隙，在两个螺杆转子的压缩排出段(Ⅱ)为变啮合间隙；在其压缩排出段(Ⅱ)，右旋螺杆转子(1)的齿顶圆弧螺旋面(11)与左旋螺杆转子(2)齿根圆弧螺旋面(22)之间存在啮合间隙δ₁，左旋螺杆转子(2)的齿顶圆弧螺旋面(21)与右旋螺杆转子(1)齿根圆弧螺旋面(12)之间存在啮合间隙δ₂，右旋螺杆转子(1)的齿顶圆弧螺旋面(11)与泵壳(5)之间存在啮合间隙δ₃，左旋螺杆转子(2)的齿顶圆弧螺旋面(12)与泵壳(5)之间存在啮合间隙δ₄；在压缩排出段(Ⅱ)的不同轴向位置处，啮合间隙δ₁、δ₂、δ₃、δ₄是变化的，越靠近排出口(4)，啮合间隙δ₁、δ₂、δ₃、δ₄越大。

在螺杆转子的任意轴向位置处，右旋螺杆转子(1)的右旋截面型线(401)与左旋螺杆转子(2)的左旋截面型线(402)相同，都包括6段曲线和一个点，只是相互错开的角度不同；右旋螺杆转子(1)的右旋截面型线(401)包括：圆渐开线AB、点B、齿顶圆弧BC、齿尖圆弧CD、摆线的等距曲线DE、齿根圆弧EF、摆线FA；在工作中，以上各段曲线分别与左旋螺杆转子(2)的左旋截面型线(402)中的圆渐开线ba、摆线af、齿根圆弧fe、摆线的等距曲线ed、齿尖圆弧dc、齿顶圆弧cb、点b能够实现正确的啮合；各段曲线的方程如下：

圆渐开线AB的方程为：

齿顶圆弧BC的方程为：

齿尖圆弧CD的方程为：

摆线的等距曲线DE的方程为：

齿根圆弧EF的方程为：

摆线FA的方程为：