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注水泵柱塞填料密封方式的改良及其效果分析
添加:2022-9-30 15:20:09    游覽:1864    來源:網絡

  摘要:針對柱塞泵盤根密封壽命較短問題,從失效原因進行分析,在通過閱讀學習相關文獻資料,并結合自身基層工作經歷,發現了“13141”盤根密封法,并從密封原理、現場使用、經濟效益評價方面進行了綜合闡述,從而達到降低油田操作成本,提高注水泵的技術性能。

  關鍵詞:柱塞泵;密封;壽命;使用價值

  0 引言

  長慶油田采油廠現有各類注水泵 220 余臺,平均單機年耗填料密封費用高達數萬元,柱塞填料密封是油田注水泵普遍采用的一種密封型式,屬于壓緊式密封,也稱為接觸型密封。是柱塞泵重要易損件之一,直接影響泵的性能。如何提高柱塞泵填料密封壽命,降低油田生產成本,提高注水泵的技術性能及現場管理水平,保證清潔生產是我們設備管理人員急需解決的問題。下面是一種典型的柱塞填料密封結構(圖 1)。

  它的原理是:旋緊零件 6 調節螺母,產生壓緊力作用在零件5 后導向套上,壓緊零件 4 填料密封。在壓緊力作用下,填料密封與零件 1 柱塞表面和零件 2 密封函體內孔表面產生接觸應力。該應力從填料密封安裝入口( 與調節螺母接觸處 ) 向里逐漸減小。在零件 5 后導向套處接觸應力大,此處磨損較快,填料密封失效也常從這里開始。因此,應選擇合適的壓緊機構,并在安裝、使用過程中控制壓緊力。

  1 柱塞泵常規密封方法存在的不足

  柱塞泵常規密封是柱塞前后各加 1 個導向套,中間為碳鉛密封,盤根因變形過大造成的面性接觸所產生的高溫發熱、燒蝕、早期疲勞老化問題,致使盤根壽命大大縮短。

  這是因為在機械工程的流體密封中,應用軟填料對旋轉軸和往復式活塞桿的密封,是靠以軸向壓縮的方式,使軟填料在受到其接觸壓力時產生徑向膨脹,填充到軸和往復活塞桿及密封函之間的空隙,達到密封作用[1]

  2 “13141”盤根組合法結構的革新

  (1)常規加裝法是前后各一個導向套中間 7-8 個盤根,通過查閱資料與反復實踐,我們提出了“13141 :盤根組合法“13141”盤根組合法是指一個導向套三個盤根一個導向套四個盤根一個導向套,通過現場試驗密封效果大大提高,盤根壽命從常規加法的 10 天左右提高到 28 天左右,根據泵出口壓力不同,壽命有所不同,大大延長了盤根的使用壽命,降低了員工勞動強度,節約了成本[2]

  (2)盤根壽命提高原理分析:對于軟填料密封,所施加于壓蓋的接觸壓力是當擰緊壓蓋螺栓時,通過壓蓋、導向套作用在密封填料上,然后沿著密封函壁和軸桿,從壓蓋或導向套邊第一個密封填料環起向下逐一傳導。密封填料所受的壓縮程度則因來自于密封函壁和軸上的摩擦力,從近端到遠端發生軸向變化。這樣加在密封填料環上的接觸壓力在壓蓋處的大,遠離壓蓋處的小。而密封填料所密封的流體作用則與接觸壓力的作用相反,它使密封填料從軸上提升的同時,經導向套將密封填料壓向壓蓋,到壓蓋處所受的流體壓力小。

  實際上,在密封組件達到理想的密封效果時,是所施加于密封填料上接觸壓力和密封流體的壓力達到平衡狀態。這樣從密封填料受力考慮,密封填料組件長時,會大大增加施加于壓縮密封填料的接觸壓力,同時產生更大的摩擦阻力,致使很容易產生對密封填料的過度壓縮,導致干運行,損壞密封填料和軸套。所以,減小壓縮密封填料的接觸壓力,降低密封填料的應力松弛,能夠減小所產生的摩擦力,從而可以提高密封填料的使用壽命[3]

  3 現場使用效果及經濟效益評價

  3.1 現場使用情況

  “13141”盤根組合法在我區得到了廣泛使用,我們首先在 1 臺泵上進行實驗,選擇胡一轉站 1#3175PaB3,1 缸、2 缸采用常規密封, 3 缸選用“13141”組合法,保證在同一工況下進行試驗對比。經過現場運行試驗對比,我們發現 1 缸、2 缸運行 238 h 后密封失效泄露嚴重,而 3 缸密封正常。在進行更換 1、 2 缸密封后繼續跟蹤與 3 缸密封法的進行對比,3 缸在使用到 567 h 后發生泄漏,而此時 1、2缸已更換過 2次盤根。我們發現“13141”盤根密封法在胡一轉站 1# 泵上的使用壽命與常規密封法壽命提高了 1.38 倍。于是我們在胡一轉站全面進行使用,我們統計數據是該站平均盤根使用壽命提高了 1.5 倍。

  3.2 經濟效益評價

  從表 1 可以看出,胡一轉站 4 臺注水泵采用“13141”組合法后,盤根平均壽命延長了 367.75 h,壽命提高了約 1.5 倍。單泵盤根數量平均減少 3 根。

  (1)以目前物資采購站采購的¢ 48 mm 碳鉛密封價格為 22 元計,采用常規密封 4 臺泵年耗盤根費用為:365*24/245.75*4*22(元) *24( 根 )=75284 元 ;而采用“13141”盤根組合法后 4 臺泵年耗盤根費用為:365*24/608.5*4*22(元) *21( 根 )=26604 元。

表1

  (2)胡一轉站 4 臺泵采用“13141”組合法較常規密封法年節約費用為:75284(元)-26604(元)=48680 元。

  (3)通過計算我們看出胡一轉站每年節約盤根費用高達 48680 元,經濟效益非常可觀。我廠現有 220 余臺注水泵,若全部采用“13141”盤根組合密封法,將會取得巨大的經濟效益,當然各站注水泵根據輸送介質不同、出口壓力不同,使用壽命會不同[4]

  4 結語

  “13141”盤根組合密封法,通過現場使用,不僅大大延長了盤根使用壽命,降低員工勞動強度,取得了巨大的經濟效益,是降低油田生產成本的有效途徑和方法,而且對于油田清潔生產,提高現場設備管理水平起到很大的幫促作用。

  參考文獻:

  [1] 劉超,魏剛,張國棟,等. 五柱塞泵 [J]. 石油科技論壇,2011(03):64-66.

  [2] 李越. 柱塞泵的合理使用與故障分析 [J]. 液壓氣動與密封,2006(04):23-24.

  [3] 全國化工設備設計技術中心站機泵技術委員會,工業泵選用手冊 [M]. 化學工業出版社,1998.

  [4] 徐繩武. 軸向柱塞泵和馬達的發展動向 [J]. 液壓氣動與密封,2003(04):10-15.

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