高压立式注水泵开裂原因分析及改进

2011-09-16田新民

中国设备工程 2011年8期

田新民，许丽，李颖

（中国石油长庆油田分公司第三采油厂生产运行科，宁夏银川 750006）

近年来，随着油田的开发，为了提高注水效率，减少注水网点的初期建设成本投入，一般采用集中注水的模式。集中注水工艺要求注水泵具备高扬程、大排量的特点。我厂的注水泵参数从小到大都一直沿用传统的立式注水泵结构，在高压的工作环境下注水泵缸体的密封函体孔和塞头孔位置易出现裂缝，形成了高压水漏失。由于开裂部位无法进行补焊修复，必须换新注水泵。更换注水泵期间不仅影响正常注水，还大大增加了运行费用。为了解决频繁出现的缸体开裂现象，必须对其进行改造。

一、柱塞式高压立式注水泵结构特点及工作原理

1.柱塞式高压立式注水泵结构

长庆油田第三采油厂有大排量柱塞式结构往复注水泵30余台，其动力端的结构如图1所示，主要由六部分组成。

通过对全厂14台此结构的注水泵参数和使用情况进行统计分析发现，当注水压力在15MPa以上时，注水泵缸体就有开裂现象出现，使用寿命最短的缸体仅2天，注水压力越高，出现问题的几率也越高。注水泵的缸体是泵的主要部件，作为泵的一个主要部件，属于非易损件，频繁发生开裂是不正常的。

2.注水泵工作原理

立式注水泵工作是利用进液阀和排液阀，将注水泵分割为上部的高压腔体，进液阀和排液阀之间形成的过渡腔体，以及下部的低压腔体。利用进液阀和排液阀交替开启，将低压液体加压后，输送到外部管道。其工作原理是，柱塞向前运动时，压缩注水泵内的液体，进液阀关闭，排液阀的上阀体被推开，高压液体沿着上阀体密封面和阀座上密封面直接形成的流道，进入注水泵的高压腔体，并流入外部管道。柱塞向后运动，注水泵内压力下降，排液阀关闭，注水泵内压力下降，进液阀上阀体克服外部进液管线液体压力和注水泵内的压力差的作用，向上移动，液体流入注水泵中间腔体，完成一个工作循环。

二、注水泵开裂原因分析

柱塞从动力端向液力端运行时，对注水泵过渡腔体内液体进行加压，由于液体对压力的传递各方向相同，安装密封函体的孔也受到高压液体作用；柱塞从液力端向动力端运行时是液体吸入阶段，此时腔体呈低压吸入液体，在吸液和排液的过程中函体安装孔受到低压和高压液体的交替周期作用，作用力在孔的周围产生交变应力。注水泵安装函体的孔是缸体最薄的地方，受到高压和低压液体产生的交变应力作用一段时间后，孔壁周围材料发生疲劳，在孔的轴向方向发生微小裂纹，继续受力后，裂纹迅速扩大直至裂通到缸体外表面，高压水渗出。同样的原理，安装塞头的孔和塞头由于检修时需要拆卸，属大间隙配合，在受到高压液体作用后，和函体孔发生同样的开裂。图2是改进前的密封函体结构图。

三、注水泵开裂解决方案

上面分析了注水泵开裂的主要原因是过渡腔里液体形成的高压和低压交变作用力。图3是改进后的密封函体结构，通过改变密封函体的结构尺寸，利用密封函体作为过渡腔受压腔，避免高压交变液体直接作用到函体孔，从而避免发生注水泵开裂的现象。

在塞头孔的位置，将塞头孔内径加大，安装一个过盈配合的轴套，轴套材料为高强度合金钢制作。

其结构改进特点是：将密封函体定位台阶加长加厚，长度和注水泵侧壁一致，定位台阶与孔配合采用过盈配合。利用函体的定位台阶，将高压液体隔离，避免了高压液体直接作用到函体孔内壁，高压液体只对函体内腔产生作用，由于函体尺寸长，加工采用合金钢锻造加工，具有耐腐蚀，强度高的特点。内壁加厚以后，其在受到高压液体产生的交变应力作用，寿命也大大提高。即便函体开裂，发生漏水，由于函体价格低，且也方便更换。塞头孔位置安装一个轴套，利用轴套在受力后，发生破坏，代替原来的孔直接受力产生裂纹，可以避免因孔开裂而报废注水泵的现象发生。