大港油田第四采油厂 300280
摘要：往复高压注水泵经常发生故障，维修频次较高，导致高压注水中断，不利于安全平稳生产。对往复高压注水泵运行中遇到的常见故障进行分析，找出原因，针对原因提出了相应解决措施。
关键词：高压注水泵；故障分析；解决措施
一、概述
往复柱塞式高压注水泵是油田注水开发的的心脏设备，我单位有一台型号为3H-8/450Ⅱ型，流量8.3m3/h，入口压力大于0.03MPa，排出压力37 MPa，柱塞直径38mm，电机功率110kW；该泵由动力端、液力端、电气控制及附件组成。往复式高压注水泵将电机小轮通过皮带传递给泵体曲轴大轮，曲轴旋转时，连杆做往复运动，带动3个柱塞以120°相位差做往复运动。液力端有3个阀室，每个阀室有一组阀（1 个吸入阀和 1个排出阀），该泵输出压力高达37MPa，为了系统安全可靠，出口端设有安全阀（压力调至额定压力的1.1倍）。
二、注水泵故障情况
高压往复注水泵在运行中常见的故障有柱塞根部发生断裂，到目前为止已发生两次。第一次发生在第一根柱塞、第二次发生第三根；其次是柱塞表面磨损拉毛；还有就是填料密封老化经常发生泄漏。
三、故障分析
（一）柱塞断裂
往复注高压水泵密封采用盘根填料，柱塞杆通过螺纹、半卡环连接接，并通过两个半卡传递拉力进而带动柱塞做功。其断裂破坏形式为柱塞尾部整体断裂，柱塞断裂处为柱塞与半卡接触处，柱塞在此尺寸发生突变，加之变径处没有明显的过渡，很容易在轴径突变处产生应力集中造成柱塞断裂。断面总是发生在金属组织最薄弱的地方，柱塞断裂横截面可以看出，断裂面的金属组织存在缺陷有细小裂纹，金属强度降低。随着柱塞不断地往复运动，柱塞承受往复交替的拉力、压力传递至柱塞头部，久而久之造成柱塞断裂。
柱塞装配间隙调整不当也会产生附加应力，柱塞头与十字头内垫铁采用曲面接触，若卡盘、螺纹环、半卡、及垫铁间隙大，就会造成柱塞在往复运动过程中承受的冲击力就大。合理的装配可以避免作用在柱塞根部的应力大大降低。从设计上可以将接触由球面改为平面接触，避免因松动造成附加应力。柱塞在往复运动过程中起破坏作用的是拉应力。提高柱塞的抗拉强度，可以避免柱塞断裂。柱塞的断裂发生在变径处，只要增大尺寸添加过渡圆弧就可以避免从此处断裂。由此可以得出，要想避免柱塞的断裂，要求材质内部无缺陷；降低或消除作用在柱塞头部的附加应力，将曲面接触改为平面接触；选用高强度的柱塞材料；将柱塞变径处尺寸增加，并有明显过渡。
（二）柱塞表面磨损拉毛
对拆下的柱塞表面检查发现，柱塞前部约1/3面积发生表面磨损拉毛的情况。同时检查填料衬套发现，柱塞衬套内壁底部偏左出现严重磨损，磨损达2～3mm。柱塞和柱塞衬套之间以及填料箱之间的装配间隙不合理，将会造成柱塞不对中与柱塞衬套偏磨，导致填料温度升高，严重的会拉伤柱塞表面，造成泄漏。对泵进行检修时，发现泄露柱塞表面有明显的伤痕、痕迹与柱塞往复运动方向一致，而柱塞衬套的内表面有明显的摩擦痕迹，说明柱塞衬套和柱塞发生了摩擦。偏磨的位置发生在底部偏左，可以排除柱塞因重力作用下沉导致其与柱塞衬套摩擦的可能性。
填料压盖过紧导致柱塞表面与接触到的填料及隔圈摩擦增大，最后导致柱塞拉毛，因此要及时调节填料压盖的松紧，防止柱塞拉毛。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆填料若装偏，将导致柱塞偏移，运动时就会发生与填料衬套摩擦。柱塞表面拉毛磨损，另一方面说明了柱塞的选材及加工工艺不能满足生产的实际要求。填料如果安装的不正确，其使用寿命将会缩短15％～20％。填料的安装应按检修手册要求进行安装。注意填料密封内表面和侧面应光滑平整，填料环的切口塞填时应互为120或180，用润滑油涂抹柱塞表面，并把柱塞插入填料箱，用手将填料压盖压入填料箱内，防止因偏斜被填料箱口部挂牢。
（三）填料大量泄漏
良好的冷却环境是机械长周期运行的关键。高压往复泵在运动过程中，柱塞与填料之间不可避免产生摩擦热。将产生的要热量及时带走否则会加速填料的老化，导致泄露发生。
往复高压注水泵在运行过程中，经常遇到因填料老化发生大量泄漏。往复泵填料冷却由填料点滴渗漏进行冷却。在运行中发现填料漏失量过大，产生高压刺漏，寿命大大缩短。从填料更换的情况来看，前端填料运行一段时间会发硬，不再具有新填料的弹性，填料密封效果也会因此变差。填料的选材不能满足长周期运行要求。
所以，填料长期磨损及填料选材不合理是填料发生泄漏的主要原因。正确选择合适的密封填料对提高密封性能和使用寿命是至关重要的。根据注水泵的运行情况，合理选择填料，及调整更换周期，控制填料漏失量，提高使用寿命。从它实际运行效果来看填料密封情况，使用周期大大延长。
四、对策
（一）柱塞断裂由于柱塞材质内部存在缺陷；设计不合理；存在附加应力；柱塞头强度不够。要避免柱塞的断裂，选材要求材质内部无缺陷；降低或消除作用在柱塞头部的附加应力，将曲面接触改为平面接触、将柱塞变径处尺寸增加，并有明显过渡。
（二）柱塞拉毛磨损可以从填料的安装确保柱塞和柱塞衬套之间以及填料箱之间的装配间隙合理不偏摩；填料的松紧合适，安装方法得当，更换周期合理。
（三）填料轻微渗漏可以对柱塞进行有效的润滑、改善填料环境，填料材质选用密封性能好，抗磨材质。高压往复注水泵，经常发生故障、维修频次较高不利于安全平稳生产。
结语：通过往复高压注水泵在运行中遇到的柱塞断裂、柱塞表面磨损拉毛以及填料泄漏严重等三种常见故障情况进行原因分析，得出柱塞断裂是由于柱塞材质内部存在缺陷、设计不合理柱塞头强度不够、存在附加应力造成；柱塞拉毛磨损是由于柱塞和柱塞衬套之间以及填料箱之间的装配间隙不合理造成；填料泄露是由于填料选材不合理造成，针对以上原因提出解决对策。
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论文作者:陈冶,王彪,李翀
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第04期
论文发表时间:2019/7/9
标签：填料论文; 柱塞论文; 衬套论文; 高压论文; 应力论文; 磨损论文; 表面论文; 《科学与技术》2019年第04期论文;