螺桿泵萬向節(jié)的改進與應(yīng)用

杜勝利，楊慶軍，顧永強

(中國石化勝利油田孤東采油廠，山東 東營 257237)

一、問題提出

1997年以來，勝利油田孤東采油廠注聚系統(tǒng)采用的CS型螺桿泵主要用于聚合物母液低壓外輸、增壓喂入。由于單螺桿泵故障多、運轉(zhuǎn)不正常等問題，導(dǎo)致注聚泵供液不足，對生產(chǎn)造成影響。因此，延長螺桿泵的使用壽命對三次采油具有重要的意義。

二、CS型單螺桿泵萬向節(jié)故障調(diào)查

孤東油田有CS型螺桿泵6臺，螺桿泵經(jīng)常發(fā)生損壞。據(jù)調(diào)查，原因是萬向節(jié)故障所導(dǎo)致。1套萬向節(jié)主要由2個撥叉、1個十字軸、4個軸套、1個橡膠皮套等組成(圖1)。2組萬向節(jié)通過中間軸相連接，統(tǒng)稱為萬向聯(lián)軸節(jié)。萬向聯(lián)軸節(jié)(圖2)位于單螺桿泵腔內(nèi)，一端連接傳動系統(tǒng)，另一端連接轉(zhuǎn)子，其作用是傳遞動力和調(diào)整轉(zhuǎn)子偏心距。

圖1 萬向節(jié)組成

為了進一步確認(rèn)存在的問題，對18套損壞的萬向節(jié)使用壽命做了統(tǒng)計(表1)。

表1 注聚10#站年損壞萬向節(jié)情況統(tǒng)計

對2011年損壞的萬向節(jié)進行了調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，其損壞的部位主要集中在十字軸軸頭和撥叉頂部。主要原因是密封失效造成軸、套磨損加速，最終導(dǎo)至撥叉損壞，對此做如下分析。

(1)密封失效的原因

在外輸泵電機的帶動作用下，萬向節(jié)在單螺桿泵腔內(nèi)頻繁變向運動。單螺桿泵采用橡膠皮套對萬向節(jié)進行密封，以防止萬向節(jié)與聚合物溶液直接接觸。橡膠皮套兩端靠鋼帶固定在撥叉密封槽內(nèi)。受泵運轉(zhuǎn)影響，橡膠皮套反復(fù)拉伸彎折，增大了鋼帶對皮套的磨損造成密封失效。由于橡膠皮套破損，導(dǎo)致聚合物溶液浸入，使萬向節(jié)潤滑失效而快速磨損。同時，萬向節(jié)還受聚合物溶液(PH值7.5～8.5)腐蝕的影響，導(dǎo)致萬向節(jié)銹蝕損壞。

(2)萬向節(jié)撥叉損壞原因

對新的萬向節(jié)進行了測量，得出兩個撥叉之間的間隙為5mm，其最大允許偏轉(zhuǎn)角度為5°，并通過計算，得出以下數(shù)據(jù)：萬向節(jié)撥叉的裝配間隙最大是5mm，在此間隙下，撥叉能發(fā)生的最大位移是7.07mm，轉(zhuǎn)換角度為4.95°。當(dāng)十字軸與軸套發(fā)生磨損，配合間隙超過0.08mm，將導(dǎo)致萬向節(jié)轉(zhuǎn)向角度發(fā)生變化，至使撥叉發(fā)生碰撞。

三、改進措施

通過對萬向節(jié)撥叉的損壞原因分析，針對其存在的問題對萬向節(jié)實施了相應(yīng)的技術(shù)改進。

1.更改密封方式

密封橡膠皮套兩端的不銹鋼的鋼帶，使用時間一長，易破損，導(dǎo)致聚合物溶液浸入。而用油封來做軸端密封，可在延長橡膠套的使用期限基礎(chǔ)上同時杜絕溶液進入到軸套內(nèi)。

2.將軸套改為滾針軸承

原萬向節(jié)的軸與軸套是滑動摩擦，易磨損，特別在潤滑脂失效時?，F(xiàn)將軸套改為滾針軸承，降低摩擦系數(shù)，使之壽命延長。

3.增大撥叉許用偏轉(zhuǎn)角度

由于萬向節(jié)軸、套發(fā)生磨損，當(dāng)配合間隙大于最大允許值0.08mm時，導(dǎo)致兩個撥叉在旋轉(zhuǎn)時相互碰撞。只要改變撥叉之間的裝配間隙，增大偏轉(zhuǎn)角度，就可以避免2個撥叉在旋轉(zhuǎn)時發(fā)生碰撞。由于受到單螺桿泵泵腔空間的限制，萬向節(jié)的偏轉(zhuǎn)角度不能大于5°，如果增大撥叉外徑，由原來的φ160mm加大到φ180mm，將撥叉耳孔上移5mm，裝配間隙加大到10mm，這樣改動后，萬向節(jié)的偏轉(zhuǎn)量可增大，以滿足現(xiàn)場需要。

四、應(yīng)用效果

1.應(yīng)用情況

2012年3月，在勝利油田孤東采油廠三采中心10#配液站對新型萬向節(jié)進行安裝實驗。于2012年6月，對10#站試用的新萬向節(jié)各配件進行了現(xiàn)場拆檢，萬向節(jié)沒有明顯的磨損現(xiàn)象。之后又對另外1臺單螺桿泵萬向節(jié)進行更換，安裝后單螺桿泵運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

上述改進措施自2012年3月以來先后在4臺泵上改造完成后，一直運轉(zhuǎn)良好。無故障運行138天，平均無故障時間為92天。

2.效益分析

(1)直接經(jīng)濟效益

通過改進，年節(jié)省成本4.55萬元。

(2)間接經(jīng)濟效益

經(jīng)過近1年的推廣應(yīng)用，孤東油田三四區(qū)10＃注聚站單螺桿泵的無故障運行時間有了較大的提高，事故發(fā)生率明顯降低?？赏茝V應(yīng)用。

[1]金吳健.單螺桿泵使用中的幾個問題及解決方法[J].水泵技術(shù),2002.