ScienceDirect Available online at

Abstract 
For pumping fluid with high viscosity and high content of mechanical impurities and the installations of the screw pumps that 
allow us to control and regulate the technological parameters of production gas are used. The research of efficiency of screw 
pump revealed that the failure of the cage (stator) and wear of the stator – rotor, accompanied by a decrease in performanceThe 
wear of the pair of stator and rotor, extended condition normal operation of the screw pump are studied, taking into account the 
orientation of the working screw, the effect of inertial and hydraulic forces, physical and mechanical properties of the contact 
layers. This considerably improves the durability and manufacturability of the screw pumps. 
© 2017 The Authors. Published by Elsevier B.V. 
Peer-review under responsibility of the scientific committee of the International Conference on Industrial Engineering.
Keywords:
stator; rotor; screw pump; the condition of normal operation; wear; tightness.
To pump liquid with high viscosity or high content of mechanical impurities and gas there are electric 
submersible screw pump units, which have the following advantages over pumps of other types [1-27]: 

slight mixing of the pumped liquid that prevents from formation of stable emulsions from water and oil; 

absence of valves and complex passages defines simplicity of the construction and reduces hydraulic losses; 

increased reliability due to minimal number of moving details, simplicity of manufacture and exploitation, more 
economical; 

while pumping high viscous liquid, down flow through sealing contact line between screw and elastomeric seal 
reduces which improves features of the pump; 
* Corresponding author. Tel.: [phone]. 
E-mail address: [e-mail] 
2 
K.E. Borisova, T.N. Ivanova, R.G. Latypov / Procedia Engineering00 (2017) 000–000 

high wear-resistance for recovery of oil containing mechanical impurities. It can be explained by the fact, that 
solid particles passing through the pump are getting pressed into elastomeric material of stator, which becomes 
deformed, but not worn. 
Screw pump is a self-priming displacement pump. The main working parts of the pump are steel rotor and rubber 
stator. Rotor is a single-thread screw of round cross-section with long pitch. Rubber stator is made by curing of 
rubber on internal part of steel pipe. Hollow core of stator is a double-threaded screw of round cross-section similar 
to cross-section of the rotor, but with thread pitch equal double pitch of the rotor. The rotor revolves inside the stator 
and as a result every point of its surface moves along hypocycloidal trajectory. As for cavities between surfaces of 
rotor and stator, they move along spiral trajectory and taking liquid from inlet nozzle and drive it to outlet orifice. 
Existing technology development trends, connected with employment of screw engines for production of liquid 
hydrocarbons, aim to development of optimum conditions of their use. These conditions allow to control operating 
and regulate technological parameters - rotational speed and torque conformably to liquid production level. 
Constructional drawbacks include elastomeric seal breakdown, which results in screw jamming and destruction, 
resulting in support bearing and thrust ring breaking (Fig.1). During exploitation process of screw pump energy 
characteristic changes dramatically due to tear and wear of stator and rotor, it is entailed by reducing of operating 
pressure differential, decreasing of torque and output. 
Fig.1. а) worn rotor, b) worn stator 
Exploitation experience of screw pumps showed that the main reason of their breakdowns is wear and tear of 
frictional couple rubber-metal (stator-rotor) working under cyclic dynamic contact load mode in lubricant conditions 
of flowing working fluid. The principal constructive feature of screw pump is the requirement for keeping preload in 
contact of rotor and stator surfaces constant. negative influence of wear and tear, caused by friction and 
characterized by changing of geometric parameters of wearing surface, results in reducing of preload in frictional 
couple and loss of working capacity. The most intensive wearing takes place in case of recovery of liquid with high 
abrasive content (Fig.2) 
Fig. 2. Stator worn due to abrasive effect 
To provide liquid friction conditions it is necessary to follow the next condition: 


2
2
1
2
0
sin
n
J
P
n
P
d
P
P P

  





(1) 
where P
n1
- total normal force in contact line of screw pitch length, which defined by P
J
- inertional force of screw 
movement on screw pitch length and by radial hydraulic force P
P
. P
n1
must be greater than modified normal force 
P
n2
taking influence of initial preload into account. 

---

690 
K.E. Borisova et al. / Procedia Engineering 206 (2017) 688–691
 
K.E. Borisova, T.N. Ivanova, R.G. Latypov / Procedia Engineering 00 (2017) 000–000 
3
Deformation of inner surface of elastomeric seal occurs in direction of resultant force P
J
, under which the screw 
shifts inside the elastomeric seal except for moment 


0
2 n


 
. It is the point when cross-section of the screw 
occupies the extreme position in cross-section of the elastomeric seal. 
Analysis of worn surface of stator elastic elements of screw pumps that have broken down shows that wear and 
tear of profile of rubber element of stator juts vary according to conditions of contact interaction in every moment of 
cycle load. The wear and tear is defined by value of contact stress. The greatest wear, changing the profile and 
decreasing preload in contact area of stator and rotor, is observed in area of maximum shearing stress. 
Fig.3. The scheme of interaction in friction couple stator-rotor 
Therefore, radial deformation of elastomeric seal and shifting of screw in transverse direction occur in case of 
volatile orientation of working screw of pump under influence of inertial and radial forces. Deformation of 
elastomeric seal results in forming clearance from the one side of diametric cross section of screw and creating 
preload between screw and the elastomeric seal on the other side. Kinetic condition of realization of wear 
compensation in stator-rotor frictional couple is adjustment wear intensity in the friction couple by speed of 
changing the size of rubber element due to its swelling. Technically it can be carried out by means of use of double-
layer rubber element. In this case complex of physical and mechanical properties of external contact layer must 
provide enough wear-resistance in particular conditions of exploitation as well as resistance to swelling during 
interaction with pumped liquid. Wear compensation is done by changing the size of internal layer of rubber element 
of the frictional couple caused by interaction with components of liquid diffusing through contact layer. 
Moreover, reducing working capacity of actuating elements of screw pump may be caused by processes of stress 
relaxation and accumulation of permanent deformation which result in changing of geometric parameters and, 
consequently, preload decrease [28-31]. 
Existing ways of improving construction of screw pumps are connected with improving wear-resistance of units 
and details, load capacity and increasing inter-repair time of exploitation. Learned ways of increasing wear-
resistance of frictional couple rotor-stator aim to increase the length of active parts of actuating elements and 
improve technology of manufacturing of stators with rubber coating of equal thickness and segmentation. 
Mentioned arrangements allow increasing longevity and technological effectiveness of screw pumps conformably 
to typical technologies. However, they do not take many objective factors into consideration that limits field of 
application of created constructions of screw pumps