往復(fù)式柱塞泵十字頭的改進(jìn)與應(yīng)用

1、    往復(fù)式柱塞泵十字頭的改進(jìn)與應(yīng)用    摘 要：隨著油田不斷開發(fā)，油田注水壓力隨之不斷升高，離心式注水泵已經(jīng)不能滿足這部分油田注水需要，此類油田的注水大部分采用柱塞泵。同時(shí)隨注聚合物井不斷在各油田相繼投產(chǎn)，往復(fù)式柱塞泵也成為注入聚合物的主要設(shè)備。其維修費(fèi)用也呈上升趨勢。在柱塞泵維修工作中發(fā)現(xiàn)，此類泵型由于十字頭銷軸孔磨損產(chǎn)生的維修費(fèi)用占總體維修費(fèi)用的比例已達(dá)到40%左右。因此我們對往復(fù)式柱塞泵的十字頭進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。關(guān)鍵詞：往復(fù)式柱塞泵;十字頭;改進(jìn)措施;應(yīng)用效果隨著大慶油田近年產(chǎn)能形式不斷變化，外圍小區(qū)塊油田也成為油田的能源產(chǎn)出主力。這部分油田注

2、水壓力相對都很高，最高可達(dá)到17.5 mpa左右。同時(shí)中區(qū)主力油田不斷開始三次采油，注聚合物井在數(shù)量上也呈現(xiàn)上升趨勢，因此往復(fù)式柱塞泵也成為油田重要的注入設(shè)備。1往復(fù)式柱塞泵1.1組成結(jié)構(gòu)往復(fù)式柱塞泵主要由兩大部分組成，如圖一所示：一部分是動(dòng)力端，這部分主要由箱體、曲軸、連桿、十字頭、十字頭滑道和中間桿等部件組成。另一部分是液力端。這部分主要由泵頭、柱塞、填料函、進(jìn)液閥、排出閥組成，泵頭上有一個(gè)空腔就是泵的工作空間。1.2工作原理從往復(fù)泵的工作原理圖可以了解其工作泵理，如圖二所示：在原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，往復(fù)泵曲軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由曲軸、軸柄和連桿的機(jī)械特性決定了曲軸連桿機(jī)構(gòu)將原動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)

3、動(dòng)，但是這種運(yùn)動(dòng)是一種往復(fù)擺動(dòng)，只有在通過十字頭和十字頭滑動(dòng)的配合作用下才能把這種往復(fù)的擺動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)柱塞做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)柱塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，泵的工作空間變小，但壓力增加，在壓力的作用下，進(jìn)液閥關(guān)閉排液閥打開，泵排出液體;當(dāng)柱塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，泵的工作空間增大，但壓力降低，在彈簧彈力和排出管路壓力作用下排出閥關(guān)閉，在大氣壓力的作用下進(jìn)液閥打開，泵吸入液體。原動(dòng)機(jī)不停的旋轉(zhuǎn)，柱塞就不停的做前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得泵不斷的吸入和排出液體。2十字頭存在問題在往復(fù)式柱塞泵維修工作中發(fā)現(xiàn)，往復(fù)泵故障頻率最多的零部件就是起轉(zhuǎn)化運(yùn)動(dòng)方式作用的十字頭。2.1十字頭關(guān)鍵作用油田上使用的往復(fù)式柱塞泵是依靠泵內(nèi)

4、工作空間容積大小的變化來實(shí)現(xiàn)吸入和排出液體的。改變工作空間容積大小的關(guān)鍵部件是柱塞（或活塞）。十字頭在柱塞泵中的主要作用就是將連桿的往復(fù)擺動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，它安裝在泵箱體上的十字頭滑道中，在滑道中做前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)柱塞運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樗D(zhuǎn)化的是連桿的往復(fù)擺動(dòng)，十字頭與連桿的連接方式是通過一個(gè)十字頭銷將連桿和十字頭連接起來，連桿和十字頭的相對運(yùn)動(dòng)方式主要為擺動(dòng)。2.2十字頭故障分析在動(dòng)力端的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，十字頭與十字頭銷是不產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)的，因?yàn)槭诸^銷與連桿之間采用的是滑動(dòng)軸承連接。造成它們之間出現(xiàn)相對運(yùn)動(dòng)的原因是十字頭與十字頭銷之間采用的是間隙配合，優(yōu)點(diǎn)是在維修過程中，如果要更換損壞的十字頭或連桿

5、可以不用將動(dòng)力端全部拆解就能實(shí)現(xiàn)維修;缺點(diǎn)是工作過程中會(huì)在十字頭與十字頭銷之間產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)。隨著工作時(shí)間的增長會(huì)出現(xiàn)磨損，間隙也越來越大。十字頭與十字頭銷的間隙一旦增大就會(huì)產(chǎn)生一系列的后果;一是它們之間在工作過程中會(huì)出現(xiàn)撞擊，使泵體振動(dòng)增大，進(jìn)而加速整個(gè)柱塞泵的疲勞破壞。二是會(huì)造成連桿與曲軸之間的撞擊，破壞連桿與曲軸之間的油膜，降低潤滑效果，使連桿與曲軸磨損加快;三是會(huì)造成柱塞行程的減小，泵效率降低。在實(shí)際應(yīng)用中，柱塞泵十字頭的損壞部位都是十字頭銷軸孔這個(gè)位置。當(dāng)柱塞泵累計(jì)運(yùn)行7000多小時(shí)后，十字頭銷軸孔出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，間隙達(dá)到45mm，此時(shí)必須更換十字頭，否則會(huì)帶來嚴(yán)重后果。經(jīng)常更換十字頭不

6、僅增加了設(shè)備維修費(fèi)用，而且加大了設(shè)備管理難度。3十字頭改進(jìn)措施分析往復(fù)式柱塞泵動(dòng)力端工作原理可知，如果改變十字頭與十字頭銷的配合方式，消除它們之間的相對運(yùn)動(dòng)，從而化解相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磨損，問題也就迎刃而解了。圖三為改進(jìn)前的十字頭與連桿裝配圖。首先設(shè)計(jì)了第一種改進(jìn)方案：將十字頭銷軸孔概念銷軸改為過盈配合，這從本質(zhì)上解決了它們的相對運(yùn)動(dòng)問題。但是在柱塞泵維修保養(yǎng)過程中，如其它部件損壞（連桿等）也要先將十字頭取出。在不整體拆解柱塞泵動(dòng)力端的情況下無法進(jìn)行維修更換其它損壞部件。所以這種改進(jìn)在實(shí)踐中并不是有效可行方案。由此設(shè)計(jì)了第二種改進(jìn)方案：在十字頭后端面加工了兩個(gè)m5的細(xì)牙內(nèi)螺紋，然后相應(yīng)配制兩個(gè)細(xì)牙

7、內(nèi)六角螺釘。在十字頭銷軸兩端分別銑削出深4mm，寬5mm的槽。安裝時(shí)先將連桿、十字頭、十字頭銷完全組裝好，然后頂緊螺釘，這樣就用螺釘緊定的方式將十字頭銷軸完全固定在十字頭上，消除了它們之間的相對運(yùn)動(dòng)。在維修其它損壞部件時(shí)，可以采用先打開曲軸箱蓋板，在將曲軸盤車到合適位置，最后用內(nèi)六角扳手卸開兩條內(nèi)六角螺釘?shù)姆绞綄⑹诸^取出來。由此可見第二種方案具有可行性。圖四為應(yīng)用此方案改進(jìn)后的十字頭與連桿裝配圖。4效果分析往復(fù)式柱塞泵十字頭改進(jìn)前平均每8000h左右就需要更換一組十字頭，改進(jìn)后的十字頭在某柱塞泵上實(shí)際應(yīng)用，累計(jì)運(yùn)行16000小時(shí)，十字頭銷軸孔還沒有明顯磨損，效果十分明顯。減少了維修次數(shù)，也降低了維修費(fèi)用投入。