地面驱动单螺杆抽油泵光杆密封结构改进

2013-08-24邹玉平

机械工程师 2013年11期

邹玉平

（大庆油田力神泵业有限公司技术研发中心，黑龙江大庆 163311）

1 引言

地面驱动单螺杆抽油泵是目前油田主要的井下机械采油的方式之一，是近些年发展起来的采油工艺技术。地面驱动装置为地面驱动单螺杆抽油泵的主要设备，为井下螺杆泵提供动力，同时具有控制杆柱的反转和光杆密封等作用。地面驱动装置的光杆密封按照位于驱动装置的部位不同，分为上置型和下置型。上置型光杆密封成为螺杆泵光杆密封的主要密封方式。光杆密封性能的优劣直接关系到油田的产能和环境保护。光杆密封器漏油严重［1］，一直是困扰油田用户的螺杆泵应用的问题，一旦光杆密封的问题漏油，会出现井液甩到整个地面设备上，污染极为严重。因此，上置型光杆密封必须结构合理，密封可靠。通过对上置型光杆密封结构进行研究，并提出改进措施。

2 改进前上置型光杆密封及存在问题分析

改进前上置密封结构如图1所示，位于地面驱动装置的最上端，光杆从隔离套内孔通过，上端通过方卡子和密封支撑套的上端扁方相对轴向和径向固定，与密封支撑套之间为静密封，光杆、密封支撑套、主轴一起同步旋转，与静止的隔离套通过复合密封总成形成动密封，实现对光杆的密封作用。

密封支撑套通过2个平键与主轴径向连接。为防止复合密封发生泄漏时井液进入减速箱，唇形密封圈起到密封作用。经过分析，这种密封型式存在以下问题：（1）在密封支撑套和主轴上加工的键槽，要求必须有较高的位置精度，加工难度较大。（2）由于上置型光杆密封在油田现场应用，环境恶劣，密封支撑套和主轴的配合精度较高，又有平键连接，长时间运行容易锈蚀，现场维修不容易拆卸。另外，井下螺杆泵出现卡泵等异常情况下扭矩较大，平键容易滚键，光杆密封出现问题不易拆卸维修。（3）唇形密封圈直接与隔离套密封，由于隔离套材质较软，耐磨性差，一段时间运转后，隔离套磨出沟痕。唇形密封圈为耐油橡胶，橡胶耐磨能力较差，唇口会磨损严重。当复合密封发生泄漏时，井液极易进入减速箱，使齿轮油失效，导致减速箱损坏。减速箱的损坏意味着整个地面驱动装置报废，必须重视这个问题。（4）密封支撑套体积大，浪费钢材，加工成本高。

图1

图2

3 改进后上置型光杆密封

图3 密封支撑套

针对改进前光杆密封存在的问题进行更改，如图2所示。静密封基本不变，将密封支撑套与主轴之间采用卡口形设计，结构如图3和图4所示。在主轴上端面开卡口槽，在槽底面打螺栓孔，用于与密封支撑套的连接。为保证开口槽的强度，通过最大扭矩的计算，确定槽的开口尺寸和主轴的外径尺寸。在密封支撑套上铣扁方，尺寸与主轴槽配合。铣扁的位置要留出O环槽的位置。在密封支撑套上除打连接螺栓孔外，还要对称攻螺纹孔，便于维修时使用顶丝拆卸密封支撑套。通过改进将复合密封总成完全沉入主轴内孔中，减小了密封支撑套的尺寸，同时主轴的卡口槽和密封支撑套铣扁方易于机械加工，减少了工艺和材料成本。密封支撑套和主轴通过六角螺栓拧紧固定。拆卸时只需要一个扳手即可。而改进前的结构拆卸密封支撑套需要专用的工具。

为防止唇形密封圈和隔离套的相互磨损，采用了特制的唇形密封圈，密封圈的基本结构包括：密封唇口、外壳、内壳、橡胶垫片，密封唇口用聚四氟乙烯（PTFE）制成，聚四氟乙烯具有自润滑功能，同时还具有形状记忆功能，使唇口永远压紧在轴表面［2］。油封的唇口上还设计有螺旋槽，能够将外泄的井液送回密封腔内［3］。隔离套在与特制唇形密封圈的接触部位设计了保护套，保护套采用20CrMnTi材料，经过渗碳淬火工艺处理，提高了硬度和耐磨性。通过以上改进，提高了密封部位的密封使用寿命。