摘 要:針對(duì)潛油電泵存在偏磨的現(xiàn)象,詳細(xì)分析了潛油電泵偏磨的失效形態(tài)和失效原因。重點(diǎn)討論了振動(dòng)對(duì)潛油電泵偏磨的影響,指出多級(jí)泵的振動(dòng)是產(chǎn)生偏磨的最主要原因。在此基礎(chǔ)上,提出了相應(yīng)的解決方法。
關(guān)鍵詞:潛油電泵 偏磨 振動(dòng)
中圖分類號(hào):G206文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2013)05(b)-0056-01
1 潛油電泵偏磨失效形態(tài)分析
自2010年以來(lái),因離心泵偏磨造成勝利采油廠躺井50口,占總躺井?dāng)?shù)的10.8%,其偏磨形態(tài)特點(diǎn)為葉輪下止推墊片磨損或磨沒(méi),泵頭和泵座扶正套磨損嚴(yán)重,泵軸偏磨成鋸齒形或均勻磨細(xì),如圖1所示。
2 潛油電泵偏磨失效原因分析
造成潛油離心泵偏磨的可能原因有:離心泵細(xì)長(zhǎng)件的直線度(泵軸,泵殼);連接件端面垂直度(泵頭,泵座);電泵井井筒軌跡變化,如井斜、套管變形等;離心泵安裝過(guò)程花鍵套與泵軸間的同軸度;油井含砂會(huì)加速泵內(nèi)葉輪止推墊片磨損或磨沒(méi);機(jī)組在井下運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,不適應(yīng)井況,產(chǎn)生振動(dòng),加劇泵內(nèi)如葉輪止推墊片、葉輪、導(dǎo)殼、泵軸、泵頭、泵座間的偏磨現(xiàn)象。
為此,對(duì)離心泵偏磨可能原因進(jìn)行逐步調(diào)查、逐一分析。一是先后3次對(duì)離心泵裝配工序進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查,重點(diǎn)檢查了軸、殼直線度,大件同軸度和垂直度,沒(méi)發(fā)現(xiàn)明顯問(wèn)題。二是從機(jī)組生產(chǎn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝的過(guò)程中,存在機(jī)組存儲(chǔ)、吊裝、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)不規(guī)范的現(xiàn)象,可能造成機(jī)組彎曲。但考慮到這是各類機(jī)組的共性問(wèn)題,認(rèn)為它也不是引起機(jī)組偏磨的主要原因。三是對(duì)井身軌跡的變化、全角變化率進(jìn)行了分析、計(jì)算,符合機(jī)組所處的環(huán)境位置。
通過(guò)分析認(rèn)為泵偏磨的主要原因:一是泵揚(yáng)程曲線比較陡峭,高效區(qū)內(nèi)揚(yáng)程變化幅度大,供液變化時(shí)葉輪浮動(dòng)變化大,墊片易磨損。二是葉導(dǎo)輪流體為徑向流形式,流體轉(zhuǎn)換路徑為直流形,類似“矩形波”,流體轉(zhuǎn)向“拐角處”易沉砂,造成泵砂卡。三是高效導(dǎo)葉輪揚(yáng)程高,葉片長(zhǎng),“矩形波”幅度相對(duì)比較大,在含水高的情況下,水力沖擊增大,軸向、徑向“震動(dòng)”加劇,含砂量增加,墊片易磨損,尤其下墊片更易磨損,出現(xiàn)葉輪偏磨;嚴(yán)重時(shí),機(jī)組偏磨、泵軸偏磨成鋸齒形,泵頭、座扶正套磨損,嚴(yán)重甚至斷軸。四是導(dǎo)葉輪因單級(jí)揚(yáng)程高,葉輪下推力大,導(dǎo)葉輪止推摩擦副極易破壞。高效導(dǎo)葉輪壁薄,下止推摩擦副磨損后,葉輪下端扶正失效,造成偏磨。
3 振動(dòng)及其對(duì)偏磨的影響
潛油電泵為一細(xì)長(zhǎng)的離心泵,其級(jí)數(shù)高達(dá)幾百級(jí),每級(jí)都由一個(gè)“浮套”在軸上的葉輪組成,葉輪與導(dǎo)輪配對(duì)用于級(jí)與級(jí)之間的導(dǎo)流。葉輪—— 導(dǎo)輪總成裝在一個(gè)直徑很小的泵殼內(nèi)。電泵主軸上下兩端由扶正套扶正,扶正套與軸的間隙遠(yuǎn)比導(dǎo)輪和葉輪的間隙小。工作時(shí),主軸帶動(dòng)葉輪在導(dǎo)輪所形成的環(huán)形空間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
多級(jí)離心泵是一個(gè)組成零件多、剛性較差的系統(tǒng)。當(dāng)泵稍彎曲或葉輪稍偏心時(shí),很容易產(chǎn)生慣性力而使運(yùn)轉(zhuǎn)失穩(wěn)。當(dāng)潛油電泵的壓力、排量出現(xiàn)波動(dòng)時(shí);電泵主軸彎曲產(chǎn)生交變載荷時(shí);葉輪旋轉(zhuǎn)不平衡時(shí);井口管線回壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí);泵殼彎曲時(shí);當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子在電磁力作用下與定子對(duì)形成沖擊力或由于裝配不當(dāng)時(shí),都會(huì)引起電泵主軸產(chǎn)生振動(dòng)。
潛油電泵在工作過(guò)程中運(yùn)行情況更復(fù)雜。由于葉輪與主軸一起在導(dǎo)輪形成的很小的環(huán)形空間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)激發(fā)力施加在主軸上引起振動(dòng)時(shí),主軸橫向振幅即最大撓度不可能超出葉輪與導(dǎo)輪間的最大間隙。振動(dòng)使兩接觸面發(fā)生微動(dòng)磨損,摩擦表面間的法向壓力使表面上的微凸體粘著。粘合點(diǎn)被小振幅振動(dòng)剪斷成為磨屑,磨屑接著被氧化。被氧化的磨屑在磨損過(guò)程中起著磨粒的作用,使摩擦表面形成麻點(diǎn)或蟲紋形傷疤。這些麻點(diǎn)或傷疤是應(yīng)力集中的根源。隨著磨損的加劇,徑向間隙越來(lái)越大,振動(dòng)越來(lái)越厲害。隨著振動(dòng)的加劇,振幅受導(dǎo)輪內(nèi)壁限制,形成葉輪外圓面與導(dǎo)輪內(nèi)孔面的帶沖擊的強(qiáng)烈摩擦,從而形成電泵機(jī)組的振動(dòng),導(dǎo)致各級(jí)泵的不平衡和電泵主軸的微小彎曲,并通過(guò)金屬與金屬接觸而傳給保護(hù)器、電機(jī),加速了電泵機(jī)組的損壞,引起電泵機(jī)組的失效。
泵軸為細(xì)長(zhǎng)的柔性軸,只有在保證徑向支撐完好時(shí),才能在高轉(zhuǎn)速下可靠運(yùn)行。由于種種原因,如井液含砂或油層套管變形引起機(jī)組變形或由于機(jī)組本身的變形都會(huì)造成葉輪的徑向磨損。當(dāng)徑向磨損超過(guò)允許配合間隙的最大值時(shí),機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生偏心振動(dòng)。這種振動(dòng)可以傳輸?shù)捷S上,同時(shí)會(huì)引起保護(hù)器機(jī)械密封失效以及電動(dòng)機(jī)發(fā)熱。同時(shí),材料太軟,扶正軸承磨損,間隙增大,起不到扶正作用。高速旋轉(zhuǎn)的泵軸及軸上葉輪,會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。泵軸失去扶正后,泵軸彎曲發(fā)生偏磨變成曲軸。
振動(dòng)的加劇會(huì)加速潛油電泵的磨損,從而導(dǎo)致偏磨加?。黄サ募觿∮謺?huì)使偏心質(zhì)量矩增加,振動(dòng)的幅度更大,從而進(jìn)入一個(gè)惡性循環(huán)。顯而易見(jiàn),振動(dòng)是產(chǎn)生偏磨問(wèn)題的關(guān)鍵。
4 解決途徑和方法
為了解決泵軸、扶正套、葉輪徑向磨損問(wèn)題,開發(fā)設(shè)計(jì)成功了電泵專用硬質(zhì)合金扶正套。并將其分別鑲嵌在導(dǎo)輪和葉輪徑向滑動(dòng)接觸部位,從而在此部位形成一個(gè)耐磨之磨擦副,提高導(dǎo)、葉輪徑向耐磨水平,實(shí)現(xiàn)徑向?qū)Ρ幂S和葉輪的強(qiáng)制扶正。扶正套在每節(jié)泵上按照800~900 mm間距均勻分布配置。同時(shí)在泵頭、泵座處安裝硬質(zhì)合金扶正套,強(qiáng)制扶正。該技術(shù)投入潛油電泵修理生產(chǎn)后,100余套電泵。從對(duì)井上返回的舊電泵解體檢查看,導(dǎo)葉輪和泵軸磨損大大減輕。
5 結(jié)語(yǔ)
潛油電泵出現(xiàn)偏磨以后,容易影響泵效、增加能耗和檢泵周期。本文通過(guò)分析潛油電泵的失效形態(tài),指出振動(dòng)、流體流向變化、沉砂以及下止推摩擦副磨損都是導(dǎo)致潛油電泵偏磨的原因,其中多級(jí)泵的振動(dòng)是產(chǎn)生偏磨的最主要原因。在此基礎(chǔ)上,開發(fā)設(shè)計(jì)成功了電泵專用硬質(zhì)合金扶正套。
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