关键词：高压注水泵 动力端 故障原因分析 治理对策
0 引言
孤东采油厂目前拥有高压注水泵81台（五柱塞泵）。高压注水泵动力端工作状况的好坏对高压注水泵的安全运行起着决定性的作用，也间接影响着注聚质量和注入效果。而生产实际中却往往会因齿轮油变质或杂质过多，导致轴承磨损，曲轴磨损、轴瓦、十字头磨损等，轻则造成箱体内的齿轮油浪费，重则造成烧轴、烧瓦等事故。
据统计，2018高压注水泵维修成本计划14万元，实际发生15.8万元，超计划1.8万元，仅动力端就发生成本7.013万元，占总成本的50.09%，占高压注水泵维修成本的77.92%。因此，高压注水泵动力端故障一方面造成维修成本偏高，另一方面影响了高压注水泵的正常运行。
三柱塞高压注水泵主要由动力传动部分、液力端、动力端和安全附件和底座五部分组成。高压注水泵动力端主要有：曲轴、轴瓦、连杆、接杆、十字头、铜套、轴承及油封等部分组成（图1）
1 高压注水泵动力端故障原因分析
技术人员对高压注水泵动力端故障情况和维修情况进行了调查，高压注水泵动力端2018年维修成本发生了7.013万元，其中，曲轴磨损、齿轮油引发的问题分别占了发生成本的41.14%和45.71%。
1.1 故障部位
1.1.1 齿轮油变质造成齿轮损坏
由于曲轴箱内的齿轮油含有的杂质，造成润滑质量下降，易造成内部其运动部件的磨损。
1.1.2 曲轴磨损
2012年，曲轴因磨损更换了3根。曲轴材质多为优质中碳钢或中碳合金钢经模锻而成，轴颈经表面淬火处理，并且浸入在曲轴箱内的润滑油中，同时受轴瓦的保护不应出现严重磨损的痕迹，甚至达到报废的程度（图2）。
1.1.3 其它
高压注水泵在运转一段时间后，动力端其它运动部件的磨损，影响了泵的安全平稳运行，必须进行更换，可压缩空间较小。
1.2 故障原因分析
高压注水泵曲轴采用飞溅式润滑方式，位于封闭的曲轴箱内。由于滞留在润滑油内的机械杂质和水分，影响了润滑效果，还会导致润滑油变质，造成运动部件短时间内的磨损。
从损坏的曲轴来看，损坏的部位主要集中在轴颈部位（如图4所示）。
分析原因主要是：高压注水泵在运转过程中，由于各运动部件之间相互摩擦产生的铁屑、润滑油储存不当，以及空气中的水分通过曲轴箱上部的呼吸孔进入润滑油中，降低了润滑质量，加快了轴与轴瓦的磨损速度，造成曲轴损坏。
润滑油中的杂质、沉淀物堵塞了轴瓦润滑孔，使润滑油进入轴、轴瓦之间的流通通道堵死，导致轴与轴瓦干磨（如图4）。
综合上述：2018年更换的曲轴，全部是由于润滑油润滑质量下降，导致曲轴与轴瓦磨损。
2 治理对策
2.1 改进设计思路
小组研制的思路和预期效果本着结合现场实际，为了解决高压注水泵润滑效果差这一问题，提出以下思路，即可达到预期效果。
（1）曲轴箱润滑油过滤装置设计
根据高压注水泵的结构特点，将曲轴箱侧端的润滑油观察孔和丝堵，作为过滤装置的进出口。借鉴汽车机油泵润滑原理，将润滑油泵安装在泵体上，即可达到对润滑油过滤的目的。
（2）机油泵驱动设计
由于曲轴箱内的曲轴在输出频率不变的情况下，始终作匀速旋转运动，其转速可达200min-1。完全有能力带动机油泵运转，把润滑油吸出，加压后经过滤装置将油回注到曲轴箱内。因此，确定利用曲轴的旋转作为动力带动机油泵运转，实现抽吸和增压的目的。
（3）连接方式设计
如果利用曲轴轴端面作为过滤装置的驱动点，但必须保证机油泵的泵轴和曲轴同心，小组成员经过研究，决定在轴端的中心点部位设计一个联轴器，使其在同一轴线下带动油泵转动。
2.2 方案实施与验证
2.2.1 选择润滑油泵
根据高压注水泵的转速和曲轴箱内润滑油的数量，我们查阅了与之相匹配的机油泵的类型，并请教了机械方面的专家，小组成员决定使用齿轮泵，可满足生产运行的需要（图5）。
工作原理：（如图9所示）就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，润滑油由吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。由于齿轮不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排量，泵每转一转，排出的量是一样的。随着驱动轴的不间断地旋转，泵也就不间断地排出流体。
具有以下优点：
（1）泵的流量直接与泵的转速有关，其运行效率可以达到93％～98％。
（2）泵不会受到流体的粘度或密度的影响。
（3）如果滤网变脏，泵仍将保持恒定的流量
因此，根据高压注水泵的结构与工作原理，选择了齿轮泵。
2.2.2选用润滑油过滤器
在曲轴的旋转过程中，为了去除润滑油中各运动部件所产生的金属碎屑、沉淀物以及混入润滑油中的部分水汽。选用汽车专用机油滤清器。
2.2.3泵轴连接部成型设计
首先利用曲轴端面的中心定位孔为中点，设计一个与曲轴的中心锥孔相吻合连接轴套（6）中心锥孔与连接部分的锥度均为110度，通过螺栓连接，使之紧密配合，以保证泵轴与曲轴在同一中心线上。
其次，根据齿轮泵密封端面实际尺寸，将高压注水泵曲轴侧端盖改进成与泵相同尺寸的密封面，使两密封面能紧密配合，既能保证齿轮泵在运行过程中润滑油不渗不露，由起到固定泵的作用（7）。
2.2.4 整体成型设计
润滑油过滤装置主要由油泵、过滤器、吸油管道、出口管道及连接部五部分组成（图8）。
2.3 机械加工
根据设计思路，经过实际测量，委托配件生产厂家，根据设计要求进行加工制作。
2.4 现场试验
加工了1套高压注水泵润滑油过滤装置（图9）于2018.5.16安装在31-18高压注水泵（变频输出频率为32.58Hz）上进行实验。2018年8月20日，该装置使用2300h后,对过滤装置安装前后，高压注水泵的油质进行了对比分析。
利用化学分析滤纸，对齿轮油进行检测便能测定机油里面所含的不同成分的状况，静置24小时后，试纸上会出现了三个环状区域，表明了油质被污染的程度。经过对比，过滤装置安装后沉积环在斑点的中心点呈环状均匀扩散，颜色的相对较浅且均匀。说明齿轮油内的机械杂质和污物相对要少。
同时，通过对润滑油的观察、查看是否有沉淀物等方式来判别。安装前后，润滑油的机械杂质明显减少，油质的颜色有了明显的好转。
结论：经过试验，高压注水泵润滑油过滤装置完全满足现场应用。
3 润滑油过滤装置应用效果分析
3.1 使用效果调查
高压注水泵润滑油过滤装置从2018年5月份开始投入使用，到年底累计运行3600h，使用效果良好。
安装过滤装置后，经现场检验，润滑质量大幅度提高，配件损坏率大大降低，5-9月份单泵动力端故障率下降40%以上，维修成本也有了大幅下降。
3.2 经济效益
该高压注水泵润滑油过滤装置推广使用后，取得了良好的经济效益。累计降低维修成本8万元。
3.3 社会效益
（1）高压注水泵润滑油过滤装置推广使用后，延长了润滑油的使用时间，减少了更换次数，大大降低了职工的劳动强度。
（2）提高了高压注水泵润滑质量，有效保护了曲轴连杆结构。
（3）消除了因润滑质量下降而导致其他配件的损坏。
论文作者:张正臣 曹顺兴 刘卫东
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/14
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