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(pán)根結構設計上存在的缺陷 ,進(jìn)行了改進(jìn) . 新泵頭舍去了原來(lái)的可換式盤(pán)根底座,將柱塞盤(pán)根密封室延長(cháng)到泵體深處, 縮小了原安裝盤(pán)根座的內孔尺寸, 并增設了一個(gè)銅環(huán), 一個(gè)鐵環(huán), 把柱塞盤(pán)根 ( 除潤滑油環(huán)保留在原位外 ) 整體前移, 相應的增加了柱塞的長(cháng)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(pán)根壓帽也進(jìn)行了改進(jìn), 柱塞盤(pán)根潤滑油孔和調節盤(pán)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(pán)根所受壓力, 利于盤(pán)根密封的調整, 提高了柱塞盤(pán)根密封的可靠性, 延長(cháng)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(kāi)發(fā)服務(wù)中心 (現在合并后名為鉆采工藝研究院)啟動(dòng)了防砂產(chǎn)業(yè)化項目,先后從加拿大和國內購進(jìn)兩套壓裂設備,進(jìn)行壓裂、防砂、酸化施工。2006年 8月起,在國內使用的車(chē)組,就有一臺泵車(chē)柱塞泵液力端經(jīng)常發(fā)生嚴重的刺漏現象,整套車(chē)組不能正常使用。2006年12月,另一泵車(chē)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(gè)泵頭輪流修復使用,但每次修復就花費 1 萬(wàn)多元,耽擱一周時(shí)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(wàn)元。雖多方查找原因,采用很多方法都沒(méi)能解決這個(gè)問(wèn)題 。于是對兩臺泵車(chē)原泵頭盤(pán)根結構進(jìn)行改進(jìn)。

　　一 、柱塞泵液力端柱塞盤(pán)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(chǎng)家新開(kāi)發(fā)出來(lái)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(chē)相當于四臺 YLC-700Ⅰ型壓裂車(chē)的工作能力。四臺組合一起,可進(jìn)行壓裂施工。兩臺泵車(chē)采用的是撬裝結構,到海上施工時(shí) ,將泵撬從卡車(chē)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(gè)盤(pán)根座,該盤(pán)根座前端外圓面通過(guò)間隙配合 ( 配有“O”型密封圈及支撐環(huán) )安裝在泵體內孔中,后端外圓面安裝在柱塞盤(pán)根壓帽內孔中 ( 配有“O”型密封圈及支撐環(huán) ) ,后端是密封盤(pán)根 ( 由柱塞油環(huán)4、尼龍盤(pán)根5、夾布密封盤(pán)根6、弧形密封盤(pán)根7組成 ) 。而盤(pán)根座內孔與柱塞是大間隙配合。

　　施工過(guò)程中,盤(pán)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(zhù)泵體向上 ,通過(guò)盤(pán)根壓帽與泵體之間的螺紋間隙刺出,泵注壓力接近零,無(wú)法正常施工,同時(shí)還加速泵體與柱塞壓帽 3之間的螺紋面損壞。隨著(zhù)這種刺漏時(shí)間的延長(cháng)和刺漏次數的增加 , 泵頭安裝盤(pán)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(pán)根座 9和配套組合盤(pán)根座密封圈 8,11,原來(lái)泄漏的部位還是漏,施工時(shí)柱塞泵也打不起壓力,無(wú)法進(jìn)行施工。究其原因 : 柱塞 1向泵頭工作腔運動(dòng)時(shí) ,來(lái)自泵頭工作腔的高壓推動(dòng)盤(pán)根座 9向遠離泵頭工作腔方向移動(dòng)(因盤(pán)根壓帽 3是通過(guò)能發(fā)生壓縮變形的盤(pán)根 5、6、7來(lái)推頂盤(pán)根座 9的 ) ,此時(shí)安裝在盤(pán)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(lái)自泵頭工作腔的高壓 ;在柱塞 1相遠離泵頭工作腔運動(dòng)時(shí),泵頭工作腔內的壓力降低,盤(pán)根 5, 6, 7彈力推動(dòng)盤(pán)根座 9向泵頭工作腔移動(dòng) (因盤(pán)根壓帽是通過(guò)能發(fā)生壓縮變形的盤(pán)根來(lái)推頂盤(pán)根座的)。因此 ,在施工過(guò)程中,盤(pán)根座9隨著(zhù)泵頭工作腔內壓力的波動(dòng)而前后竄動(dòng),使承受高壓的盤(pán)根座 9 前端外圓面上的盤(pán)根座密封圈 11(“ O ”型密封圈及支撐環(huán))加速磨損損壞,進(jìn)而導致盤(pán)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(zhù)泵體向上進(jìn)入盤(pán)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(wú)法正******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(lái)裝配盤(pán)根座 9的泵體內孔尺寸加工到與原來(lái)盤(pán)根壓帽 3內的盤(pán)根密封室內徑相同,并延長(cháng)50mm;同時(shí)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(lái)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(lái)的三道密封盤(pán)根 5, 6, 7推入泵體內的盤(pán)根密封室內,三道密封盤(pán)根7, 8, 9 前端是新增加的鐵環(huán) (柱塞擋砂環(huán)) 10。原來(lái)結構中的盤(pán)根座9和盤(pán)根密封圈 8,11就去掉了,改進(jìn)后的柱塞泵液力端結構如圖2所示。

　　改造前的柱塞盤(pán)根壓帽,是六個(gè)潤滑油孔,且油孔中心線(xiàn)與柱塞軸線(xiàn)垂直,改造后的柱塞盤(pán)根壓帽,是八個(gè)潤滑油孔,油孔中心線(xiàn)與柱塞軸線(xiàn)傾斜,114. 3內圓面右端去掉了原來(lái)與盤(pán)根座后端外圓面相配合的一個(gè)臺解,此外盤(pán)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(pán)根壓帽;圖4是改造后的柱塞盤(pán)根壓帽。

　　圖 5是改進(jìn)后 T P A-600型柱塞泵液力端結構新增加的銅環(huán);圖 6是新增加的鐵環(huán)。

　三 、改造后的特點(diǎn)及使用效果

　　兩臺泵車(chē)柱塞泵液力端改進(jìn)后, 經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的使用,達到了預期效果。

　　(1) 新泵頭舍去了原來(lái)的可換式盤(pán)根底座, 將柱塞盤(pán)根密封室延長(cháng)到泵體深處 , 縮小了原安裝盤(pán)根座的內孔尺寸,并增設了一個(gè)銅環(huán), 一個(gè)鐵環(huán),把柱塞盤(pán)根 ( 除潤滑油環(huán)保留在原位外) 整體前移 ,相應的增加了柱塞的長(cháng)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(pán)根壓帽也進(jìn)行了改進(jìn),柱塞盤(pán)根潤滑油孔和調節盤(pán)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(pán)根座及其組合密封件,消除了原在高壓下前后竄動(dòng)易損壞的密封件,解決了施工過(guò)程中,盤(pán)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(pán)根座的內孔尺寸,降低了盤(pán)根所受壓力;改進(jìn)了的盤(pán)根壓帽,柱塞盤(pán)根潤滑油孔和調節盤(pán)根用的工具查孔,由六孔改為八孔,有利于盤(pán)根密封的調整。提高了柱塞盤(pán)根密封的可靠性,延長(cháng)了泵頭安裝盤(pán)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(cháng)。避免了經(jīng)常拆卸泵頭到專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)進(jìn)行修復的現象。既節省費用,又減輕了拆裝的勞動(dòng)強度,還不影響正常的生產(chǎn)。

　　(4) 在四個(gè)月井場(chǎng)防砂和酸化施工期間做了進(jìn)一步完善 ,把圖 2中的尼龍盤(pán)根 7 換成夾布密封盤(pán)根8( 即圖中7﹑8兩道盤(pán)根都是夾布密封盤(pán)根) ,并在銅環(huán)前短面加工出與夾布密封盤(pán)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。