潛油電泵機(jī)組軸伸及軸向竄量設(shè)計(jì)分析

杜丹陽(yáng)+李令喜+高生

摘 要：本文就現(xiàn)有潛油電泵機(jī)組中各部分軸伸及軸向竄量的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀進(jìn)行了描述，歸納了常規(guī)選型設(shè)計(jì)方法及注意事項(xiàng)，并提出了全壓縮泵的軸伸設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，避免了實(shí)際生產(chǎn)裝配過(guò)程中潛油泵反復(fù)裝配調(diào)節(jié)軸伸及軸向竄量的問(wèn)題，提高了產(chǎn)品裝配效率。

關(guān)鍵詞：潛油電泵機(jī)組；軸伸；軸向竄量

0 引言

潛油電泵機(jī)組的連接是依靠上下連接頭的法蘭連接，而電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和軸向力都是是依靠潛油電機(jī)（以下簡(jiǎn)稱電機(jī)）、潛油電機(jī)保護(hù)器（以下簡(jiǎn)稱保護(hù)器）、油氣分離器（以下簡(jiǎn)稱分離器）及潛油泵（以下簡(jiǎn)稱泵）之間的花鍵套將進(jìn)行軸向傳遞的，因此，機(jī)組的軸向連接尺寸配合性即軸伸和軸向竄量變得非常重要，既要滿足法蘭連接的密封性能要求，也要滿足電機(jī)扭矩和軸向力的正常傳遞，否則會(huì)造成葉導(dǎo)輪磨損、軸端花鍵斷裂等嚴(yán)重生產(chǎn)事故。

目前國(guó)內(nèi)外廠家在潛油電泵產(chǎn)品軸伸及軸向竄量設(shè)計(jì)方面各成體系，都是依據(jù)各自產(chǎn)品特點(diǎn)及多年生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)而制定的，但總體設(shè)計(jì)的目標(biāo)基本一致，即電機(jī)與保護(hù)器軸端采用“間隙”配合方式，避免軸向力傳遞至電機(jī)；泵與泵，泵與分離器及保護(hù)器之間采用“過(guò)盈”配合方式，從而保證軸向力逐級(jí)傳遞給保護(hù)器。

1 軸伸的設(shè)計(jì)分析

軸伸是指軸端面與機(jī)組法蘭端面的距離，分為上軸伸和下軸伸兩種。對(duì)于泵和分離器規(guī)定下軸伸為當(dāng)上端軸頭與上接頭法蘭面平齊時(shí)，下端軸頭端面與下接頭法蘭盤平面的距離；對(duì)于保護(hù)器，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，上下軸頭都采用內(nèi)縮進(jìn)法蘭內(nèi)方式，所以分為上軸伸和下軸伸。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，以整套電泵機(jī)組從上到下由泵、分離器、保護(hù)器、電機(jī)構(gòu)成為例，泵的下軸伸尺寸以配合花鍵套后充分與分離器的上軸端面緊密接觸為宜，其目的是保證軸向力能通過(guò)花鍵套有效的傳遞給分離器和保護(hù)器，即所謂的“過(guò)盈”配合。如果泵和分離器及花鍵套之間存在間隙，泵舉升時(shí)產(chǎn)生的軸向力不能通過(guò)泵軸向下傳遞，此時(shí)會(huì)造成葉輪導(dǎo)殼間的磨損；同時(shí)，軸端花鍵與花鍵套有效嚙合長(zhǎng)度不足，會(huì)造成花鍵的應(yīng)力損壞。

分離器的下軸伸設(shè)計(jì)與泵的下軸伸設(shè)計(jì)原理一致。保護(hù)器的上軸伸與分離器的下軸伸設(shè)計(jì)相互關(guān)聯(lián)，仍采用“過(guò)盈”配合方式；下軸伸則與電機(jī)的上軸伸設(shè)計(jì)相關(guān)，以保護(hù)器的下軸端面和電機(jī)的上軸端面通過(guò)花鍵套連接后仍有一定間隙為宜，目的是為了避免保護(hù)器的軸向力傳遞給電機(jī)，影響電機(jī)的正常運(yùn)行。

2 軸向竄量的設(shè)計(jì)分析

軸向竄量分為上竄量和下竄量，即軸向上和向下的位移距離。在滿足軸伸設(shè)計(jì)要求下，軸向竄量設(shè)計(jì)以軸之間不相互干涉為原則，主要需要保證三點(diǎn)：第一，上一節(jié)機(jī)組的下竄量要大于下一節(jié)機(jī)組的下竄量，否則會(huì)出現(xiàn)上一節(jié)軸與下一節(jié)軸不接觸問(wèn)題；第二，各節(jié)機(jī)組的上竄量應(yīng)滿足實(shí)際裝配后軸的位移需要，否則會(huì)出現(xiàn)軸之間的干涉；第三，無(wú)論軸在向上或者向下哪個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，軸套和軸瓦應(yīng)始終保持相對(duì)配合位置，否則會(huì)出現(xiàn)軸在軸瓦位置的快速磨損及震動(dòng)等問(wèn)題。

3 軸伸及竄量設(shè)計(jì)計(jì)算案例分析

以某系列機(jī)組為例，其各部分連接后軸伸如圖1，軸間隙及軸間干涉分析，（見(jiàn)圖1）。

3.1 軸間隙分析

3.1.1 電機(jī)與保護(hù)器軸間隙分析

由圖1所示，電機(jī)與保護(hù)器軸最小間隙為：K-l-J-H-i，當(dāng)K-l-J-H-i>0時(shí)，電機(jī)與保護(hù)器軸間存在間隙，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.1.2 保護(hù)器與分離器、分離器與泵、泵與泵軸間隙分析

分離器軸向下竄動(dòng)Z= F+g-E-C+d，當(dāng)Z小于分離器軸向下竄量時(shí)，保護(hù)器與分離器軸間不產(chǎn)生間隙；

第1節(jié)泵軸向下竄動(dòng)Y =Z-B+A+a，第2節(jié)泵軸向下竄動(dòng)X=Y-B+A+a=X，第3節(jié)泵軸向下竄動(dòng)W= X-B+A+a，第4節(jié)泵軸向下竄動(dòng)V= W-B+A+a，當(dāng)Y、X、W、V均小于泵軸向下竄量時(shí)，分離器軸與第1節(jié)泵軸間、第一節(jié)至第四節(jié)泵軸間不產(chǎn)生間隙；

3.2 軸間干涉分析

分離器軸與保護(hù)器軸干涉分析：分離器軸向上竄動(dòng)U=F-g-E-C-d，當(dāng)U小于分離器軸向上竄量時(shí)，兩者軸間不干涉；

第1節(jié)泵軸向上竄動(dòng)Q=U+B-A+a，第2節(jié)泵軸向上竄動(dòng)P=Q+B-A+a，第3節(jié)泵軸向上竄動(dòng)O=P+B-A+a，第4節(jié)泵軸向上竄動(dòng)N=O+B-A+a，當(dāng)Q、P、O、N均小于泵軸向上軸竄量時(shí)，分離器軸與第1節(jié)泵軸、第一節(jié)至第四節(jié)泵軸間不發(fā)生干涉。

4 全壓縮泵軸伸設(shè)計(jì)優(yōu)化

在全壓縮泵裝配時(shí)，由于各零部件裝配后的累積公差范圍較大，造成下軸伸裝配長(zhǎng)度公差范圍較大，不易保證，另外，不同廠家不同型號(hào)葉輪也造成了實(shí)際裝配過(guò)程中軸伸的不確定性，為此需要根據(jù)不同型號(hào)葉導(dǎo)輪制造有不同位置定位槽的泵軸。為此，本文提出在葉輪末端增加軸伸調(diào)節(jié)隔套，其優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)實(shí)配軸伸調(diào)節(jié)隔套長(zhǎng)度，可較容易調(diào)整下軸伸尺寸，并且公差范圍小，避免了反復(fù)裝配造成頭座和殼體研扣問(wèn)題；同時(shí)軸上定位槽尺寸可統(tǒng)一，這樣同一根軸可以通用于不同泵型。增加調(diào)節(jié)軸伸隔離套裝配示意圖如下：

5 結(jié)語(yǔ)

本文從上述分析中得出以下結(jié)論：

（1）潛油電泵機(jī)組軸伸設(shè)計(jì)需要合理考慮過(guò)盈與間隙配合；

（2）軸向竄量設(shè)計(jì)需要考慮軸間干涉及間隙問(wèn)題；

（3）通過(guò)增加調(diào)節(jié)軸伸隔離套可統(tǒng)一全壓縮泵泵軸定位槽，實(shí)現(xiàn)不同葉輪使用同種泵軸；

（4）通過(guò)靈活改變調(diào)節(jié)軸伸隔離套長(zhǎng)度，可有效解決多級(jí)葉輪造成的較大累計(jì)誤差對(duì)裝配中軸伸難以控制的問(wèn)題，避免反復(fù)裝配造成研扣問(wèn)題。

潛油電泵機(jī)組的軸伸和軸向竄量設(shè)計(jì)最終的目標(biāo)是要使機(jī)組可以正常運(yùn)行，避免各部分連接的軸之間不合理的干涉及間隙造成機(jī)組故障，合理的設(shè)計(jì)還需要考慮到不同品牌產(chǎn)品的相互配合使用及現(xiàn)場(chǎng)連泵時(shí)的操作便捷。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 16750-2008潛油電泵機(jī)組[S].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009（03）.

[2]梅思杰，潛油電泵技術(shù)[S].石油工業(yè)出版社，2004（07）.

[3]張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2000.

作者簡(jiǎn)介：杜丹陽(yáng)（1981-），男，天津人，碩士研究生，主要從事：潛油電泵的選型工藝工作。endprint