摘要】針對TPA-600型三缸單作用臥式往復柱塞泵液力端(泵頭) 柱塞密封盤根結構設計上存在的缺陷 ,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孔尺寸, 并增設了一個銅環, 一個鐵環, 把柱塞盤根 ( 除潤滑油環保留在原位外 ) 整體前移, 相應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節盤根用的工具查孔, 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開發服務中心 (現在合并后名為鉆采工藝研究院)啟動了防砂產業化項目,先后從加拿大和國內購進兩套壓裂設備,進行壓裂、防砂、酸化施工。2006年 8月起,在國內使用的車組,就有一臺泵車柱塞泵液力端經常發生嚴重的刺漏現象,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;一次損壞造成直接和間接經濟損失約 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構進行改進。
一 、柱塞泵液力端柱塞盤根結構缺陷及刺漏原因
T PA-600型三缸單作用臥式往復柱塞泵 , 是國內某廠家新開發出來的一種新型高效泵,結構緊湊 ,單泵上限排量 1292L/min,對應輸出泵壓為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構,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備 。由于當初設計為 89mm、114.3mm兩種尺寸的柱塞都可以裝配使用,因此柱塞密封結構上有一個盤根座,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 )安裝在泵體內孔中,后端外圓面安裝在柱塞盤根壓帽內孔中 ( 配有“O”型密封圈及支撐環 ) ,后端是密封盤根 ( 由柱塞油環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孔配合面之間常出現刺漏,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的增加 , 泵頭安裝盤根座 9的內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 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)加速磨損損壞,進而導致盤根前端外圓面與泵體內孔配合面之間常出現刺漏 , 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構。
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的泵體內孔尺寸加工到與原來盤根壓帽 3內的盤根密封室內徑相同,并延長50mm;同時泵頭內的工作內腔、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油環前安裝增加的銅環 (柱塞壓環) 6,銅環 6把原來的三道密封盤根 5, 6, 7推入泵體內的盤根密封室內,三道密封盤根7, 8, 9 前端是新增加的鐵環 (柱塞擋砂環) 10。原來結構中的盤根座9和盤根密封圈 8,11就去掉了,改進后的柱塞泵液力端結構如圖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型柱塞泵液力端結構新增加的銅環;圖 6是新增加的鐵環。
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孔尺寸,并增設了一個銅環, 一個鐵環,把柱塞盤根 ( 除潤滑油環保留在原位外) 整體前移 ,相應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節盤根用的工具查孔,由六孔改為八孔。
(2) 由于新結構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孔配合面之間常出現刺漏現象,避免施工中泵壓突然降低對施工的影響。
(3) 由于新結構縮小了原安裝盤根座的內孔尺寸,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節盤根用的工具查孔,由六孔改為八孔,有利于盤根密封的調整。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。避免了經常拆卸泵頭到專業廠進行修復的現象。既節省費用,又減輕了拆裝的勞動強度,還不影響正常的生產。
(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﹑排量都達到原設計要求,運轉良好。
