压裂泵车柱塞润滑方式的优化设计

林蕾 马光

摘要：传统的柱塞润滑大多是在盘根盒里进行的，盘根盒是接近封闭的闭式系统，润滑油在里面很难均匀的分布，容易出现盘根和柱塞润滑不均匀的现象；另外，润滑油里的细小杂质进入盘根盒后很难出来，时间长就磨损柱塞。优化后的润滑方式能让盘根和柱塞在盘根盒内得到了充分的润滑，明显提高了盘根和柱塞的使用寿命，减少了易损件的消耗，降低了成本。

关键词：柱塞润滑；盘根盒；闭式系统；磨损

引言

目前，压裂泵车的柱塞润滑大多是在气动润滑泵的作用下，采用多支路输油管向盘根盒单向注入润滑油的润滑方式。

盘根盒是接近封闭的闭式系统，润滑油进入盘根盒后由于没有一个有效的通道，特别是在高档位柱塞快速往复运动的情况下，润滑油在盘根盒里面很难均匀分布，易出现盘根和柱塞润滑不均匀的现象，时间长了容易造成盘根局部高溫，最终导致盘根破损，柱塞出现划痕，液力端刺漏，对施工造成影响。

此外，盘根润滑油一般都是循环利用的，时间久了就会积累一些杂物，由于盘根盒没有一个有效的出口，这些杂物就很难排出去，久而久之就会刮伤柱塞，给柱塞表面带来难以修复的划痕，降低柱塞的使用寿命。

因此，改进和完善传统的润滑方式对于提高盘根和柱塞的使用寿命具有重大的意义。优化后的润滑方式能让盘根和柱塞在盘根盒内得到充分的润滑，明显提高了盘根和柱塞的使用寿命，减少了易损件的消耗，降低了成本。

1.柱塞盘根润滑系统的工作原理

以三缸柱塞泵为例，润滑系统的原理如下图所示：

图1 柱塞盘根润滑系统原理图

隔膜泵(也称气动润滑泵)是润滑系统的心脏，在气压的推动下，隔膜泵将油箱里面的润滑油输出到主油管线，主油管线通过分配阀形成多个支路(三缸泵就是三条支路，五缸泵是五条支路)，各支路再通过单向阀将润滑油注入到各缸的盘根盒，给柱塞和盘根提供润滑和冷却。

2.润滑方式的优化设计

2.1优化步骤

第一步，将盘根盒底部的小丝堵卸掉；

第二步，将盘根盒原顶部的润滑管线拆下迁移至盘根盒的底部并拧紧；

第三步，在盘根盒顶部位置安装一个直角弯脖，并保证直角弯脖的一侧与柱塞平行；

第四步，在直角弯脖的出口加装一个小针阀，用以控制出口的流量；

2.2优化设计原理图

(1) 示意图

图2 优化后的润滑方式示意图

(2)尺寸参数

a、盘根盒丝堵孔径Ф= 12.7mm;

b、弯脖外径Ф=12.6mm，内径Ф=9.6mm；弯脖直角边长L=30.0mm;

c、针阀外径Ф=9.5mm，内径Ф=6.4mm；针阀整体长L=50.0mm；

（3）优化后柱塞润滑的工作原理

在盘根盒顶部加装弯脖和针阀后，相当于在盘根盒里面给润滑油建立了一个通道，通道流量的大小由针阀来控制。通道形成后，润滑油在流通的过程中就会按图4箭头所指的方向流动，分布更加均匀，使盘根和柱塞得到充分的润滑。

此外，通道形成以后，针阀出口的润滑油直接滴在柱塞表面，给柱塞进行二次润滑；同时，润滑油里面的一些杂物也会随着通道流出，降低柱塞划伤的几率，提高柱塞的使用寿命。

3.实际应用情况及经济效益分析

（1）优化前后的实践应用效果图

图3 优化前的润滑方式 图4 优化后的润滑方式

（2）优化前后单车单井消耗统计(五缸柱塞泵，平均施工压力在50-70Mpa)

表1 优化前单车单井盘根、柱塞消耗统计

名称 更换频率 每次更换平均数量 单价 单井消耗

盘根 1次/5井次 15个 30元 90元

柱塞 1次/12井次 5根 1200元 500元

表2 优化后单车单井盘根、柱塞消耗统计

名称 更换频率 每次更换平均数量 单价 单井消耗

盘根 1次/8井次 10个 30元 38元

柱塞 1次/20井次 3根 1200元 180元

从上述两表的消耗统计可以看出，优化之后单车盘根的单井消耗降低了52元，单车柱塞的单井消耗降低了320元，优化后的设计带来了明显的经济效益，具有很高的推广价值。

4.小结

该润滑方式适用于江汉四机厂2000型、2500型压裂泵车三缸或者五缸柱塞泵。本优化设计在实践中得到了广泛应用，并获得了一致好评。主要有如下几项优点：

(1) 设计结构简单，改动部位较少，优化所需的材料成本低;

(2) 根据柱塞往复运动的快慢，可通过针阀来调节出口通道的流量大小，控制简单方便；

(3) 减少了易损件的消耗，降低了更换柱塞、盘根的工作量；

(4) 实践应用效果明显，带来了经济效益。

5.参考文献

[1] 翁志远. 基于油气润滑的滑动轴承试验研究.[D]哈尔滨工程大学，2010.

[2] 袁旭军. 从我国压裂市场现状谈大型压裂机组的研制.[J]石油天然气学报，2010.

[3] 吴月先. HQ-2000型酸化压裂机组.[J]石油矿场机械，2003.

[4] 吴汉川. 我国压裂设备现状及国产装备研发目标.[J]石油机械，2008.