提高柱塞總成密封效果的措施

王海云，閔凡兵，崔曉燕，王克強

（中國石化勝利油田分公司 東辛采油廠，山東 東營257000）

1 概述

高壓柱塞泵屬于容積式泵的一種，它是將電動機的機械能經(jīng)過柱塞泵動力端直接轉(zhuǎn)化為介質(zhì)的壓力能，借助柱塞在液缸工作腔內(nèi)做往復運動，使泵工作腔的容積發(fā)生周期性的變化來達到吸入和排出液體的目的。當柱塞向后移動時，泵工作腔內(nèi)容積擴大，壓力降低，排出閥關閉，吸入閥打開，泵吸入液體；當柱塞向前移動時，泵工作腔內(nèi)容積縮小，壓力增加，吸入閥關閉，排出閥打開，泵排出液體［1］。柱塞泵的流量只取決于工作腔容積與電機的轉(zhuǎn)速，理論上與排液壓力無關。在結(jié)構(gòu)上，柱塞泵的工作腔是借助柱塞總成內(nèi)的密封裝置與外界隔開，通過泵閥與管路溝通或閉合。它的工作特性之一是可以產(chǎn)生無限高的揚程，關鍵取決于管路和密封裝置的承壓能力。所以柱塞總成的密封效果對柱塞泵的容積損失以及柱塞泵的效率起到?jīng)Q定性的作用。高壓柱塞泵一般用于地層壓力在20～40MPa、注水量在100m3／h以下的小斷塊油田。目前油田注水常用的柱塞泵有三缸柱塞泵和五缸柱塞泵［2］，其型號主要有3ZB-21.6／44、3ZL12.5／25Q、SD3Z8／20B、3H-8／450、5FB180-19.4-65／43-13.6等。

2 柱塞總成

2.1 柱塞總成的結(jié)構(gòu)及工作原理

柱塞總成是柱塞泵液力端的重要工作部件之一，它是由密封函（俗稱填料盒）、柱塞、導向環(huán)、彈簧、彈簧座、壓套、盤根壓蓋組成，通過密封壓盤壓裝在泵頭上密封泵頭工作閥腔，另一端通過方卡子與動力端的拉桿相連接。柱塞總成在組裝過程中，首先將導向環(huán)放在密封函的底端，起導向的作用，保證柱塞與其相連拉桿的同心度；彈簧、彈簧座、柱塞、銅壓套放入后，將盤根加在柱塞與密封函的環(huán)形空間內(nèi)，將銅壓套壓入不小于5mm，再將盤根壓蓋擰到松緊合適即可。

其工作原理是：通過旋轉(zhuǎn)盤根壓蓋來擠壓銅壓套，銅壓套壓緊盤根，盤根在密封函內(nèi)彈簧的作用下被縱向擠壓發(fā)生橫向膨脹，從而密封柱塞與密封函的環(huán)形空間，防止高壓水刺漏及空氣進入工作腔。

2.2 柱塞總成密封失效情況和原因分析

由于柱塞泵的沖次高達370次／min，在密封函內(nèi)做往復運動的柱塞與其配合的盤根、導向環(huán)、彈簧座以及壓套的摩擦力很大。隨著運行時間的延長，它們之間的配合間隙不斷加大，導致盤根刺漏嚴重，從而使密封失效，增大了泵的容積損失，降低了柱塞泵的效率。經(jīng)過對部分具有代表性的柱塞泵的運行情況的統(tǒng)計分析，得出以下結(jié)論：在343次停泵工況中，由盤根漏失造成的停泵206次，占總停泵次數(shù)的60.1%；由柱塞磨損造成的停泵105次，占總停泵次數(shù)的30.6%；由其他因素造成停泵32次，占總停泵次數(shù)的9.3%。

由此可見，造成柱塞泵密封總成失效的主要原因是柱塞磨損和盤根的漏失。通過現(xiàn)場調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，柱塞磨損和盤根漏失主要有以下兩個方面。

2.2.1 腐蝕和磨損

2.2.2 柱塞與盤根的摩擦

柱塞泵是靠柱塞的往復運動來吸入和排出液體的，柱塞的往復次數(shù)高達370次／min，由于高速往復運動使柱塞和盤根因摩擦產(chǎn)生高溫，使盤根產(chǎn)生“燒結(jié)”現(xiàn)象，從而失去密封效果；同時由于摩擦產(chǎn)生微小碎屑，碎屑和介質(zhì)一起被帶入密封面后，加速了盤根和柱塞的磨損，導致盤根漏失量加大，密封失效。

3 改進措施

3.1 針對柱塞的腐蝕和磨損

定期配合上級部門做好水質(zhì)化驗工作，將水質(zhì)標準控制在規(guī)定要求范圍內(nèi)，減少各種沉淀物的產(chǎn)生。為了減少碎屑的產(chǎn)生以及降低碎屑在柱塞和盤根配合面上摩擦，可在銅壓套內(nèi)壁前端車削一個凹槽，這樣摩擦產(chǎn)生的碎屑在運動中可以儲存在凹槽中，不在柱塞和盤根工作面間隨柱塞的往復運動來回搓動，減輕柱塞和盤根的摩擦及磨損程度。

3.2 針對柱塞與盤根配合面的摩擦

為了降低柱塞及其配合運動部件之間的摩擦力，將盤根和柱塞的摩擦面間定期加入潤滑油，因此需要對原來的部件進行加工。在銅壓套臺階內(nèi)外各車削一個凹槽，起到導流的作用，凹槽內(nèi)部鉆3～6個通孔；在盤根壓蓋外部與銅壓套臺階上的凹槽對應處鉆2～3個通孔，通過盤根壓蓋上的通孔與銅壓套臺階外部的凹槽相連通，向盤根壓蓋的任何一個孔內(nèi)加注潤滑油，都可以通過銅壓套導流槽內(nèi)的通孔流入柱塞和盤根工作面之間，從而起到降溫和潤滑的作用。不加潤滑油時將螺桿擰進螺孔內(nèi)作為絲堵，不但可以防止緊固盤根壓蓋時潤滑油的流出，而且防止灰塵及臟物進入孔內(nèi)。

總之，通過改進加注潤滑油后，盤泵可以使柱塞表面因潤滑油的保護而減輕銹蝕，同時柱塞和盤根接觸面上因潤滑油的存在，避免了啟泵時因輸送介質(zhì)來不及進入柱塞和盤根工作面造成的干磨現(xiàn)象的發(fā)生。

盤根壓蓋、銅壓套配合組裝后投入生產(chǎn)，柱塞往復運動產(chǎn)生的碎屑可以進入銅壓套前端的凹槽中并沉積下來，從而減少了碎屑對盤根及柱塞的磨損。啟泵前，通過螺絲孔加注潤滑油后盤泵，使銅壓套臺階上的內(nèi)外凹槽中儲存的潤滑油對柱塞、銅壓套、盤根起到潤滑、降溫的作用，使柱塞和盤根的干磨現(xiàn)象得到有效緩解，從而減少了盤根和柱塞的摩擦阻力；停泵后，通過盤根壓蓋上的注油孔向密封函內(nèi)部加注潤滑油后盤泵，使?jié)櫥蛯χ?、銅壓套進行防銹處理，延長了各密封件的更換周期，大大提高了柱塞總成的密封效果。

4 實施效果及效益

4.1 運行效果

將以上兩項改進成果投入生產(chǎn)后，通過反復的現(xiàn)場試驗，均達到了預期效果，各個易磨損部件的使用時間明顯變長。其中盤根的使用時間由原來的30d變?yōu)?0d；柱塞的使用時間由原來的70d變?yōu)?30d；銅壓套的使用時間由原來的70d變?yōu)?30d。

4.2 經(jīng)濟效益

選取部分（37臺）具有代表性的柱塞泵，將改進前后的配件使用情況進行統(tǒng)計，改進前后同期對比，盤根、柱塞和銅壓套的使用量明顯減少。其中，盤根由原來的450卷變?yōu)?50卷；柱塞由原來的193卷變?yōu)?03卷；銅壓套由原來的193卷變?yōu)?03卷。年節(jié)約額合計為36 600元。目前，隨著油田進入中后期開發(fā)階段，高壓柱塞泵的使用越來越廣，所以該改進方案所帶來的經(jīng)濟效益是很可觀的。

4.3 社會效益

（1）延長了各部件的維修周期，減少了單位時間內(nèi)的停泵次數(shù)，提高了設備的運行效率。

（2）降低了職工的勞動強度。

（3）有效地降低了注水成本。

5 結(jié)束語

為把改進成果納入標準化，須把各種設計資料、圖紙整理存檔，納入本單位標準化管理工作中，制定《柱塞總成的操作規(guī)程與維護規(guī)定》，以文件形式下發(fā)到了各班組，并納入檢修規(guī)程中。同時重點要做好以下工作：

（1）加強巡查力度，對新投入的改進裝置及時維護保養(yǎng)，使其保持良好的運行狀態(tài)，及時調(diào)整盤根壓蓋的松緊度。

（2）針對柱塞總成的潤滑問題，要定期加注潤滑油，保證更好的潤滑、保養(yǎng)效果，使注水泵在高效低耗的狀態(tài)下運行。

［1］中國石油天然氣集團公司職業(yè)技能鑒定指導中心.注水泵工（石油石化職業(yè)技能鑒定試題集）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2009：147.

［2］中國石油天然氣集團公司人事服務中心.注水泵工（職業(yè)技能培訓教程與鑒定試題集）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004：29.

［3］中國石油天然氣總公司勞資局.注水泵工（石油工人技術等級培訓教材）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1997：107.