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对柱塞泵定位套的改进及应用的特征分析
0 引言
目前,中石化胜利油田桩西采油厂3D1-8/40三柱塞泵得到了应用,是目前桩西采油厂联合站、注水站重要的升压设备。其液力端配件特别容易损坏,液力端配件的损坏都会导致柱塞泵泵效大大降低,严重影响着设备运行效率。在现场注水的过程中,发现柱塞泵进排液阀定位套结构不合理,严重影响运行时效;同时定位套易损坏,并导致进排液阀损坏,增加了维修工作量。通过对原定位套进行多次改进,取得了较好的效果。
1 原柱塞泵定位套原理特点
1.1 原柱塞泵定位套结构原理
在注水设备中,3D1-8/40三柱塞柱塞泵是联合站、注水站重要的升压设备,采取一泵—井注入方式,柱塞泵必须处于24小时不间断高速运转状态,平均转速可达240r/min。
柱塞泵主要由动力端和液力端构成。其液力端主要由泵头、柱塞、凡尔阀座、定位套和压盖等组成。在柱塞泵泵头有三组完全一致的泵腔结构,每组由吸入阀、排出阀、腔体、定位套、弹簧等组成。在柱塞高速往复运动的作用下液力端内部凡尔与阀座不断地往复运动,其内部压力平均可达到10.1MPa,其液力端配件特别容易损坏,如定位套、凡尔阀座、密封圈和弹簧等,液力端配件的损坏都会导致柱塞泵泵效大大降低。
柱塞泵液力端由三组完全一致的泵腔结构组成,每组由吸入阀、排出阀、腔体、定位套、弹簧等组成。定位套安装部位如图1所示为泵头上圆型深孔,阀座安装在腔体最底部,向上依次为凡尔、弹簧、定位套、压盖和固定螺母等。原柱塞泵定位套主要结构为圆柱型中空设计,一个端面密封且侧面有密封槽,圆柱体外侧有对称的圆形液体流通孔,内部有圆形中空的凡尔往复滑轨,起定位凡尔和弹簧的作用。其主要功能是三柱塞柱塞泵液力端凡尔弹簧的定位、泵头腔体的密封和液体的流通。
1.2 原柱塞泵定位套应用情况分析
根据现场的应用情况分析,原柱塞泵定位套主要存在以下问题:
(1)原定位套密封部分与定位部分采用焊接设计,容易受脉冲压力影响而断裂。
(2)原定位套液体流通孔为圆形,不利于流体向活动凡尔两侧流动;
(3)原定位套侧面液体流通孔位置正对着活动凡尔,流体冲击会造成凡尔和阀座的偏磨,甚至造成卡死;
(4)部分原定位套密封部分采用一道密封槽,密封效果较差。
2 新型柱塞泵定位套设计
针对原定位套在现场使用中存在的问题,根据柱塞泵定位套的功能原理,对原定位套进行了改造。新型定位套设计图如图2所示。
根据设计图,加工出了新型定位套:
2.1 新型定位套的结构原理
(1)将定位套密封部分与定位部分采用的焊接设计改进为定位套整体设计加工。原定位套结构主要由密封部分和定位部分焊接而成,在生产过程中经常出现焊缝甚至断裂而导致泵无法正常工作的情况。将焊接设计改进为整体加工,可有效避免这种情况的发生。
(2)将定位套侧面液体流通孔由圆形改进为方形。考虑到流通孔是液体流通的通道,圆形和方形均能达到流通的目的,而方形流通孔的优点在于加大了液体向流通孔两侧流通的面积,使流体对定位套下部凡尔的冲击力减小,因此把圆形改为方形。
(3)将定位套侧面液体流通孔位置向定位套密封部分移动一定距离。通过对原定位套结构以及液体在定位套中流动的状态进行分析,发现其圆形流通孔位置设计不合理,柱塞的往复运动使得流动的液体可以直接冲击不断往复运动的凡尔的侧面,造成了凡尔和阀座的偏磨甚至卡死,容易造成凡尔和阀座的配合失效而使配件报废。
(4)在定位套内部定位凡尔往复运动的管壁加工两个对称的卸压孔。定位套内部定位凡尔往复运动的圆型管是凡尔在做往复运动时,定位凡尔运行轨迹和固定弹簧的部分,其内部可看做一端封闭的深孔,凡尔在运动时,一部分液体保留在孔内,在凡尔运动时造成液体的憋压,影响凡尔工作时的灵活性,将这直接导致泵排量的降低,所以,在其管壁加工两个对称的通孔,当内部压力升高时,液体可通过卸压孔卸压。
2.2 新型定位套的特点
新型柱塞泵定位套在保证其原有功能的前提下做了改进,使其结构设计更加合理。具有以下特点:(1)新型柱塞泵定位套无焊缝设计避免了焊缝断裂;(2)流通孔形状及其位置的变化使液体流通更加通畅;(3)流动的液体不会使凡尔偏移造成凡尔和阀座的偏磨;(4)卸压孔使弹簧和凡尔的往复运动更加顺畅;(4)密封效果得到加强。
3 现场应用效果分析
该新型柱塞泵定位套于2012年12月至2013年10月在桩西采油厂各注水站、联合站进行了现场应用,应用至今未发生配件损坏的情况。
统计表明,原定位套平均使用寿命为29.8天,使用新型定位套后,定位套的使用期提高到200天以上,同时节约了相关阀组配件费用。新型定位套和原定位套的加工成本相同,累计每台柱塞泵不考虑定位套本身成本的情况下每月可节约阀组配件成本906.6元以上。
4 结束语
柱塞泵新型定位套的使用,有效地节约了维修成本,具有较高的经济效益和社会效益。改造后的柱塞泵定位套经现场应用后表明,新型定位套有效延长了凡尔与阀座的使用寿命,降低了液力端配件的损坏,降低了工人的劳动强度。
参考文献
[1] 万仁溥 罗英俊. 《采油技术手册》.石油工业出版社.1996.
