【摘要】針對TPA-600型三缸單作用臥式往復柱塞泵液力端(泵頭) 柱塞密封盤根結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在的缺陷 ,進行了改進 . 新泵頭舍去了原來的可換式盤根底座,將柱塞盤根密封室延長到泵體深處, 縮小了原安裝盤根座的內(nèi)孔尺寸, 并增設(shè)了一個銅環(huán), 一個鐵環(huán), 把柱塞盤根 ( 除潤滑油環(huán)保留在原位外 ) 整體前移, 相應(yīng)的增加了柱塞的長度; 為了保證泵頭強度不受影響, 還將泵頭作相應(yīng)的加厚。此外柱塞盤根壓帽也進行了改進, 柱塞盤根潤滑油孔和調(diào)節(jié)盤根用的工具查孔, 由六孔改為八孔。 改造制作的新泵頭, 降低了盤根所受壓力, 利于盤根密封的調(diào)整, 提高了柱塞盤根密封的可靠性, 延長了柱塞密封及泵頭的使用壽命。

　　【關(guān)鍵詞】三缸單作用泵;臥式往復柱塞泵;液力端;柱塞;

　　2004年12月,大港油田集團公司鉆采工藝技術(shù)開發(fā)服務(wù)中心 (現(xiàn)在合并后名為鉆采工藝研究院)啟動了防砂產(chǎn)業(yè)化項目,先后從加拿大和國內(nèi)購進兩套壓裂設(shè)備,進行壓裂、防砂、酸化施工。2006年 8月起,在國內(nèi)使用的車組,就有一臺泵車柱塞泵液力端經(jīng)常發(fā)生嚴重的刺漏現(xiàn)象,整套車組不能正常使用。2006年12月,另一泵車泵頭也因相同原因損壞。于是采用加工堆焊再加工的辦法,三個泵頭輪流修復使用,但每次修復就花費 1 萬多元,耽擱一周時間,影響了正常生產(chǎn);一次損壞造成直接和間接經(jīng)濟損失約 30多萬元。雖多方查找原因,采用很多方法都沒能解決這個問題 。于是對兩臺泵車原泵頭盤根結(jié)構(gòu)進行改進。

　　一 、柱塞泵液力端柱塞盤根結(jié)構(gòu)缺陷及刺漏原因

　　T PA-600型三缸單作用臥式往復柱塞泵 , 是國內(nèi)某廠家新開發(fā)出來的一種新型高效泵,結(jié)構(gòu)緊湊 ,單泵上限排量 1292L/min,對應(yīng)輸出泵壓為15.9MPa,上限輸出工作壓力可達到 63.6MPa;兩臺泵車相當于四臺 YLC-700Ⅰ型壓裂車的工作能力。四臺組合一起,可進行壓裂施工。兩臺泵車采用的是撬裝結(jié)構(gòu),到海上施工時 ,將泵撬從卡車上拆吊到船上,是海路兩用的泵注設(shè)備 。由于當初設(shè)計為 89mm、114.3mm兩種尺寸的柱塞都可以裝配使用,因此柱塞密封結(jié)構(gòu)上有一個盤根座,該盤根座前端外圓面通過間隙配合 ( 配有“O”型密封圈及支撐環(huán) )安裝在泵體內(nèi)孔中,后端外圓面安裝在柱塞盤根壓帽內(nèi)孔中 ( 配有“O”型密封圈及支撐環(huán) ) ,后端是密封盤根 ( 由柱塞油環(huán)4、尼龍盤根5、夾布密封盤根6、弧形密封盤根7組成 ) 。而盤根座內(nèi)孔與柱塞是大間隙配合。

　　施工過程中,盤根座 9前端外圓面與泵體內(nèi)孔配合面之間常出現(xiàn)刺漏,刺漏的酸液 (或砂液)沿著泵體向上 ,通過盤根壓帽與泵體之間的螺紋間隙刺出,泵注壓力接近零,無法正常施工,同時還加速泵體與柱塞壓帽 3之間的螺紋面損壞。隨著這種刺漏時間的延長和刺漏次數(shù)的增加 , 泵頭安裝盤根座 9的內(nèi)孔表面就被高壓液流 (攜砂液或酸液 ) 沖刷,形成溝槽,造成泵頭的損壞,即使更換新的盤根座 9和配套組合盤根座密封圈 8,11,原來泄漏的部位還是漏,施工時柱塞泵也打不起壓力,無法進行施工。究其原因 : 柱塞 1向泵頭工作腔運動時 ,來自泵頭工作腔的高壓推動盤根座 9向遠離泵頭工作腔方向移動(因盤根壓帽 3是通過能發(fā)生壓縮變形的盤根 5、6、7來推頂盤根座 9的 ) ,此時安裝在盤根座 9前端外圓面的密封圈 (“O”型密封圈及支撐環(huán) 11) 直接承受來自泵頭工作腔的高壓 ;在柱塞 1相遠離泵頭工作腔運動時,泵頭工作腔內(nèi)的壓力降低,盤根 5, 6, 7彈力推動盤根座 9向泵頭工作腔移動 (因盤根壓帽是通過能發(fā)生壓縮變形的盤根來推頂盤根座的)。因此 ,在施工過程中,盤根座9隨著泵頭工作腔內(nèi)壓力的波動而前后竄動,使承受高壓的盤根座 9 前端外圓面上的盤根座密封圈 11(“ O ”型密封圈及支撐環(huán))加速磨損損壞,進而導致盤根前端外圓面與泵體內(nèi)孔配合面之間常出現(xiàn)刺漏 , 刺漏的酸液 (或砂液)沿著泵體向上進入盤根壓帽與泵體之間的螺紋間隙刺出,泵注壓力接近零 ,使施工無法正常進行。

　　圖1是改造前 T P A-600型三缸單作用臥式往復柱塞泵液力端結(jié)構(gòu)。

　　二 、三缸單作用臥式往復柱塞泵液力端改造

　　將原來裝配盤根座 9的泵體內(nèi)孔尺寸加工到與原來盤根壓帽 3內(nèi)的盤根密封室內(nèi)徑相同,并延長50mm;同時泵頭內(nèi)的工作內(nèi)腔、凡爾座孔及其它部分整體同步前移50 mm,泵頭總厚度增加了50 mm。在原來柱塞潤滑 4油環(huán)前安裝增加的銅環(huán) (柱塞壓環(huán)) 6,銅環(huán) 6把原來的三道密封盤根 5, 6, 7推入泵體內(nèi)的盤根密封室內(nèi),三道密封盤根7, 8, 9 前端是新增加的鐵環(huán) (柱塞擋砂環(huán)) 10。原來結(jié)構(gòu)中的盤根座9和盤根密封圈 8,11就去掉了,改進后的柱塞泵液力端結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　改造前的柱塞盤根壓帽,是六個潤滑油孔,且油孔中心線與柱塞軸線垂直,改造后的柱塞盤根壓帽,是八個潤滑油孔,油孔中心線與柱塞軸線傾斜,114. 3內(nèi)圓面右端去掉了原來與盤根座后端外圓面相配合的一個臺解,此外盤根壓帽左端的防塵圈槽也做了變化。圖 3是改造前的柱塞盤根壓帽;圖4是改造后的柱塞盤根壓帽。

　　圖 5是改進后 T P A-600型柱塞泵液力端結(jié)構(gòu)新增加的銅環(huán);圖 6是新增加的鐵環(huán)。

　　三 、改造后的特點及使用效果

　　兩臺泵車柱塞泵液力端改進后, 經(jīng)過三個多月的使用,達到了預期效果。

　　(1) 新泵頭舍去了原來的可換式盤根底座, 將柱塞盤根密封室延長到泵體深處 , 縮小了原安裝盤根座的內(nèi)孔尺寸,并增設(shè)了一個銅環(huán), 一個鐵環(huán),把柱塞盤根 ( 除潤滑油環(huán)保留在原位外) 整體前移 ,相應(yīng)的增加了柱塞的長度; 為了保證泵頭強度不受影響 ,還將泵頭作相應(yīng)的加厚。此外柱塞盤根壓帽也進行了改進,柱塞盤根潤滑油孔和調(diào)節(jié)盤根用的工具查孔,由六孔改為八孔。

　　(2) 由于新結(jié)構(gòu)去掉了可換式盤根座及其組合密封件,消除了原在高壓下前后竄動易損壞的密封件,解決了施工過程中,盤根座前端外圓面與泵體內(nèi)孔配合面之間常出現(xiàn)刺漏現(xiàn)象,避免施工中泵壓突然降低對施工的影響。

　　(3) 由于新結(jié)構(gòu)縮小了原安裝盤根座的內(nèi)孔尺寸,降低了盤根所受壓力;改進了的盤根壓帽,柱塞盤根潤滑油孔和調(diào)節(jié)盤根用的工具查孔,由六孔改為八孔,有利于盤根密封的調(diào)整。提高了柱塞盤根密封的可靠性,延長了泵頭安裝盤根座的內(nèi)孔的使用壽命 ,柱塞密封及泵頭的使用壽命也得以延長。避免了經(jīng)常拆卸泵頭到專業(yè)廠進行修復的現(xiàn)象。既節(jié)省費用,又減輕了拆裝的勞動強度,還不影響正常的生產(chǎn)。

　　(4) 在四個月井場防砂和酸化施工期間做了進一步完善 ,把圖 2中的尼龍盤根 7 換成夾布密封盤根8( 即圖中7﹑8兩道盤根都是夾布密封盤根) ,并在銅環(huán)前短面加工出與夾布密封盤根相配合的“V ”型槽 , 新柱塞泵施工壓力﹑排量都達到原設(shè)計要求,運轉(zhuǎn)良好。

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