单螺杆泵应用特点分析

单螺杆泵于1932年由法国工程师莫诺（MoiNeau）发明，并由法国PCM泵业分公司首先生产，故也被称为莫诺泵（MONO）。单螺杆泵还被称为偏心螺杆泵、转子偏心泵、曲杆泵、浓浆泵和蛇泵等，在我国按标准规定已正式定名为单螺杆泵。

单螺杆泵具有第一章第三节中提到的螺杆泵共同的优点。它既适合输送低粘度如水等介质，还尤其适合输送含有固体颗粒或短纤维的悬浮液，以及粘度非常高的介质。它广泛地用于石油、化工、建筑、环保、船舶、纺织、冶金、采矿、印刷与造纸业、食品、酿造、医药和日用化工等领域，发展前景远大。目前单螺杆泵输送固体颗粒的最大尺寸为不超过转子的偏心距，含量已可达到介质的60%左右，粉状微粒可达70%和最长纤维长度不超过0.4倍转子螺距。它成功地输送了其他泵难以完成的诸如水泥浆、陶土糊、水煤浆、水泥涂料和膨润土等含固体颗粒比例很高、粘度又大的介质。水煤浆技术作为洁净煤工程和煤炭加工的一种新途径，它的制备和输送越来越受到重视，但是由于水煤浆不仅流动性差，而且成分为65%的煤粉、30%为水和5%为添加剂，煤粉中还含有大量硬颗粒矿物。很多使用场合要求排出压力达1.8～2.4MPa，甚至更高些。尽管由于严重的磨蚀等因素影响到主要零件定子和转子的寿命，通常定子工作寿命仅200h，转子也仅800h左右，但运行可靠；且我国至今尚无可替代的设备，因此在水煤浆厂和发电厂单螺杆泵仍得到广泛应用。

单螺杆泵另一突出的特点是特别适宜输送不能受剪切、挤压或搅动的敏感性液体，即受到剪切等会呈现触变性质的非牛顿液体。在输送胶状液体如某些化妆品等时，必须注意泵的转速与输送介质特性的匹配。因为大部分的胶状液体在静止时成粘稠状态，甚至会是固态，但在搅动后就会变得较易流动的半流动状态，这种现象即为胶状液体具有的触变现象，故必须选择适当的转速，注意不使触变破坏介质的结构。

单螺杆泵已被采油系统广为应用。它在原油开采中使用由地面电动机或柴油机或液压三种驱动装置，通过抽油杆的旋转运动把动力传送到井下，驱动单螺杆泵采油，以及电动机安装在井内的单螺杆泵下面的电动潜油单螺杆泵采油。这两种新型的采油机械与传统的梁式抽油有杆泵（即利用抽油杆上下往复运动抽油）相比，不仅结构简单、体积小、质量轻、造价低，不需要混凝土基础，安装方便，而且采油率高，一般可增加采油量1.8～7.3倍；一般节约电耗达26%～50%。法国PCP/IEP联合公司的RODEMIP地面驱动功率较小的单螺杆泵采油系统，节电甚至达60%～75%；效率更是高得多：使用梁式抽油有杆泵系统的平均效率仅为11.6%，用单螺杆泵开采稠油的系统平均效率为39.1%。这种新型的采油机械普遍用于抽吸高粘度、高含蜡油、高含砂稠油和高汽油比的原油等，现在又扩大用于含水率80%以上的高含水深井采油，在原油开采中显示出强大的生命力。一般在井下连续工作为一年左右，加拿大Gorod公司生产的螺杆泵采油系统泵的效率最高达78%，正常使用条件下免修期为1～1.5年，实际使用寿命最高可达3年以上，而且维护保养较为方便。美国Robbing&Myers公司生产的Moyno地面驱动单螺杆泵采油系统与其他抽油机械进行现场对比试验，结果见表2-1。

表2-1 不同抽油系统的使用对比试验

注：1ft³=0.028m³。

我国大庆油田用购买加拿大Griffin公司的4-18型地面驱动单螺杆泵采油系统与常规的5型梁式抽油有杆泵采油系统作对比试验，结果见表2-2。

表2-2 大庆油田的对比试验(www.xing528.com)

辽河油田在9-006#和26-30#用加拿大Gorod公司的120×18N单螺杆泵采油系统与梁式抽油柱塞泵采油系统进行对比试验，产油量增加6.4倍，泵效率也达76%～87%。尽管试验表明地面液压驱动的单螺杆泵采油系统在我国北方严寒气候条件下使用并不方便，但单螺杆泵采油系统仍具有较高的采油经济效益，是一种很值得推广应用的新型抽油装备。

国外早在20世纪70年代初就研制成功单螺杆泵采油系统，俄、美、加、法等国已广泛采用。我国在这一领域自20世纪90年代才开始起步，采用地面驱动单螺杆泵采油，目前绝大多数仍依赖进口。而我国仅高粘度原油就占总储量的1/6以上，可在中浅井、深层油田、低产油田、边远油田和稠油田等全部取代梁式抽油有杆泵系统。电动潜油单螺杆泵也是无杆采油的另一发展趋势。因此，用单螺杆泵采油是有极大的发展空间和应用价值的领域，会产生很好的经济效益。

单螺杆泵由于它在输送介质的进程中具有不受搅动、脉动小等特点，广泛用于输送牛奶、啤酒以及一些乳化液等。也正是由于这一特点，还广泛用于废水处理系统的油水分离装置，使废水中的油不易乳化，更容易、更干净地被分离出来，优于目前选用较多的柱塞泵。必须指出应用于食品、医药等领域，泵必须符合有关卫生的严格规定。其定子必须选用无毒、无味的橡胶，与输送介质相接触的零件都应不被腐蚀，泵内部空间的流道应光滑，采用不必拆卸用流动和漂流即能冲洗干净，确保泵内无残留物和细菌的滋生。然而，即使是采用了无毒、无味的橡胶定子，其磨屑不可避免地仍会混入输送的介质中，这对食品和药品等介质，从环保的要求看是并不合适的。目前有些国家的这些领域已采用双螺杆泵或罗茨泵替代单螺杆泵，尽管它们的价格较高，但对食品和药品更为安全。

此外，单螺杆泵可以实现液体、气体和固体多相混输，这是绝大多数的其他泵类无法实现的，故有着巨大的意义。它还可以充当投加各种化学添加剂的计量泵，计量精度相当可靠，可以达到98%。单螺杆泵和其他类型泵相比，自吸能力强，通常对介质为清水的吸上高度可达6m，对某些介质在某些转速下最高可达8.5m，这也拓宽了它的使用领域。

单螺杆泵在舰船上的使用较晚，应用较多的是处理舱底油污系统的油水分离装置（流量通常小于10m³/h，排出压力为0.2MPa左右，转速一般为200r/min左右）、污物污水处理装置和废物焚烧炉系统等中作输送泵，在粪便焚烧系统大都采用微型单螺杆泵（转速降为50～60r/min，此时流量为1L/min、排出压力为0.2MPa左右，吸上高度约2m），这些泵由于转速低，寿命就很长。此外，还有用作渣油泵、舱底泵、海水泵、甲板冲洗泵和货油泵等，通常都用于低压小流量工况。

单螺杆泵制造较为容易，且价格低廉，适用领域广泛，因此很有竞争能力。其最大的缺点是以橡胶等为材质的定子使用寿命不够长，且由于是偏心转子，绝大部分产品的轴向尺寸较大，振动也相对较大，此外，其起动力矩值通常也较高等。这些缺点需要进一步研究加以改进。