5125五柱塞注水泵曲軸抱瓦原因分析與解決措施

賈品元

（長慶油田公司第五采油廠， 陜西 西安 710200）

5125五柱塞注水泵曲軸抱瓦原因分析與解決措施

賈品元

（長慶油田公司第五采油廠， 陜西 西安 710200）

針對FF5125S-27/25五柱塞注水泵曲軸頻繁抱瓦現(xiàn)象，通過現(xiàn)場解體，查找分析原因，制定出解決措施，并通過數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)場的進一步實驗運行，解決了存在的問題，提出有效的改進措施及建議。

注水泵；曲軸抱瓦；原因分析；解決措施

柱塞式注水泵是油田注水系統(tǒng)的關鍵設備，主要承擔油田開發(fā)的超前注水、同步注水任務，來補充地層能量，以便獲得最高采收率。某采油廠姬15計量接轉站投運于2010年6月，安裝5125S-27/25五柱塞泵4臺，主要擔負著黃57區(qū)塊注水任務，但在泵實際運行過程中，頻繁出現(xiàn)曲軸抱瓦故障，嚴重影響了該區(qū)塊的注水任務。作為設備管理部門應全面掌握注水設備的完好情況，分析查找故障原因，及時排除設備故障，確保設備的正常運行。表1為姬15轉FF5125S-27/25泵銘牌參數(shù)。

表1

一、故障現(xiàn)象

1.曲軸箱溫度居高不下

自2010年6月開機以來，2#、3#、4#泵動力端曲軸箱最高溫度達到70℃左右，雖然采取了多項措施，但效果并不理想。

2.曲軸抱死

運行過程中先后出現(xiàn)十字頭軸瓦磨損，曲軸抱死，部分還有曲軸銷磨十字頭（圖1、2）。經(jīng)現(xiàn)場查看，潤滑油池鐵沫較多，曲軸燒傷變色、曲軸瓦嚴重磨損變型，有大量的鐵屑脫落。表2為姬15轉FF5125S-27/25注水泵故障統(tǒng)計障情況。

圖1 十字頭軸套磨損情況

圖2 曲軸燒傷情況

表2

二、曲軸抱瓦原因查找及分析

現(xiàn)場解體泵動力端發(fā)現(xiàn)，連桿小頭軸套有轉動、堵塞油孔。燒曲軸的原因首先應考慮連桿小頭軸套轉，堵塞油孔造成軸套無油或貧油，軸套溫度升高，磨下的鐵沫堵塞連桿大頭軸瓦油孔最終造成軸瓦因缺油而與曲軸燒蝕。

1.柱塞泵曲軸抱瓦的常見原因剖析

（1）潤滑油變質(zhì)、機油雜質(zhì)過多、進油孔堵塞、機油過少、機油牌號不對。

①當曲軸箱由于某種原因進水，會使機油乳化呈現(xiàn)乳白色，黏度下降。使?jié)櫥驮谳S瓦和軸頸間的附著能力下降，影響潤滑油膜的形成，這時容易在軸瓦和軸頸之間形成黏合磨損，導致軸瓦表面粗糙度增大，摩擦力增大，溫度升高，最后發(fā)生燒瓦事故。經(jīng)現(xiàn)場核實，監(jiān)測潤滑油，潤滑油未變質(zhì)。

②潤滑油中的雜質(zhì)主要是潤滑油中的砂粒、灰塵以及泵內(nèi)金屬磨屑，這些雜質(zhì)進入軸瓦和軸頸間隙中，使軸瓦嵌油面積減小，并形成磨粒磨損，同時機油中的雜質(zhì)過多還容易堵塞軸瓦蓋上的機油流道，使軸瓦間隙內(nèi)供油不足產(chǎn)生黏合磨損。這兩種磨損共同作用的的結果使軸瓦溫度升高，間隙變小，最后導致燒瓦事故。經(jīng)現(xiàn)場查看，油池鐵沫較多，油道有堵塞現(xiàn)象。

③由于柱塞泵采用的是飛濺式潤滑，當潤滑油液位低于規(guī)定的下限時，曲軸及連桿的帶油能力下降，造成軸瓦和軸頸間的供油不足，不能形成足夠的潤滑油膜，就會出現(xiàn)軸瓦與軸頸干磨，發(fā)生燒瓦甚至抱軸事故。經(jīng)現(xiàn)場落實，油池油位正常。

④柱塞泵要求使用規(guī)定牌號的潤滑油（C C 15W/40），若潤滑油牌號不對，黏度過大流動困難，潤滑油不能順利進入軸瓦和軸頸間隙內(nèi)，就會造成供油不足。如果選用黏度低的潤滑油，使?jié)櫥驮谳S瓦間隙內(nèi)附著能力下降，油膜承載能力下降，這些因素都容易造成黏合磨損，繼而出現(xiàn)燒瓦事故?，F(xiàn)場落實，使用潤滑油為蘭州潤滑油廠生產(chǎn)的昆侖牌15W/40C F-4潤滑油，為物資采購管理部統(tǒng)一采購，潤滑油牌號、級別均符合使用規(guī)定，潤滑油不存在問題。

（2）變頻調(diào)速系統(tǒng)的影響。

用變頻調(diào)速系統(tǒng)控制的注水泵，是根據(jù)系統(tǒng)壓力的設定自動調(diào)節(jié)泵的頻率和轉速，有時由于頻率低，電機轉速低。此時曲軸連桿帶油能力下降，潤滑油不能連續(xù)進入軸瓦內(nèi)，不能在軸瓦間隙中形成穩(wěn)定的油膜，因此，當泵速過低時，易形成黏合磨損。該站未采用變頻調(diào)速。

（3）啟泵前未盤泵和空載運行、啟泵后馬上升壓甚至帶壓啟泵。

長時間停運的泵曲軸箱內(nèi)潤滑油溫度低，黏度大、流動性差，如果啟泵前未經(jīng)盤泵和空載運轉，啟泵后馬上升壓或帶壓啟泵，此時沒有足夠的潤滑油進入軸瓦間隙內(nèi)，就會產(chǎn)生短時間的黏合磨損。如果長期使用這種方法操作，就會使軸瓦、軸頸摩擦面積增大，潤滑狀況進一步惡化，從而產(chǎn)生燒瓦事故。經(jīng)核實現(xiàn)場無違章操作。

（4）液力端閥片損壞。

連桿在返回的行程受高壓水推動，造成軸瓦和軸頸的沖擊、交變載荷次數(shù)增多，引起軸瓦溫度升高。經(jīng)現(xiàn)場核實閥片未損壞。通過上述造成曲軸抱瓦原因分析，初步認為造成曲軸抱瓦的原因主要是由于曲軸箱內(nèi)潤滑不良造成。

2.抱瓦原因的進一步分析

為了查找造成潤滑不良原因，確保注水任務不受影響。廠部高度重視，成立專項調(diào)查小組，及時采取以下措施。

（1）及時聯(lián)系廠家技術人員對事故泵進行全面解體，解體發(fā)現(xiàn)：十字頭軸套有轉動現(xiàn)象，軸套轉動造成磨損或雜質(zhì)部分堵塞油孔，引起軸瓦潤滑不良，局部溫升高進一步惡化潤滑條件，最終導致曲軸燒蝕。以前軸套是6-6-3銅棒車成，很少出過問題，目前使用的軸套為10-10銅棒軸瓦廠卷制軸套。

（2）現(xiàn)有泵功率較大，卷制軸套變形過大，受力不均衡，造成局部過載，早期磨損失效。但現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)也有軸套沒轉燒軸瓦，還有曲軸銷磨十字頭，磨下的鐵沫堵塞軸瓦油孔最終造成曲軸燒蝕。

（3）現(xiàn)象比較復雜，一時還找不到主要原因。筆者決定從廠家新泵出廠試驗著手，從源頭上查找原因。要求廠家對同型號泵進行模擬試驗。下表為廠家反饋的模擬現(xiàn)場運行記錄表,要求加裝強制潤滑裝置。實驗記錄見表3。

試驗結果表明，泵內(nèi)溫度一直在65℃居高不下，從上表可以看出：

首先，截止停泵時間，泵溫仍在高溫相持階段，仍有兩種可能：一是降至正常溫度＜50～55℃；二是燒住。但據(jù)廠家解釋,由于試驗條件所限：大罐循環(huán)水溫度已接近油溫，不利散熱，故再試意義不大，只得停泵。

其次，根據(jù)試泵經(jīng)驗：一般在運行壓力下12～15h后，泵溫達到最高點，15～20h后，泵溫降至正常溫度（＜50～55℃）；最高溫度(國標規(guī)定油池油溫＜75℃)與正常溫度相差10～15℃。

（4）對主要部件進行強度分析校核：5125系列φ55柱塞20MPa沖次325min-1。

①柱塞力F=0.785×5.52×200=4750kgf

②軸瓦比壓px=F/(d×b)=4750/(12.5×6.5)=58.5 kgf/cm2=5.9MPa；軸頸線速度V=π dn=3.14×0.125×325/60=2.13m/s軸瓦材料20%鋁錫合金AlSn20Cu［px］=20MPa＞px，［V］=14m/s＞V，材料滿足。

③軸套比壓px=F/(d×b)=4750/(6.5×6.0)=122 kgf/cm2=12.2MPa；

軸套線速度V=π dn=3.14×0.065×325/60=1.1m/s

pxV=12.2×1.1=13.4MPa.m/s

表3 模擬現(xiàn)場運行壓力20MPa試驗記錄

軸套材料20%鋁錫合金AlSn20Cu［px］=20MPa＞px，［V］=14m/s＞V，材料滿足。

④潤滑油量Q

飛濺潤滑：Q=(0.5～0.7)N=110～154L（經(jīng)驗公式）

式中：N——泵功率，kW。

據(jù)測算，現(xiàn)有的5125系列曲軸箱油池潤滑油量為80～90L，未達到110～154L規(guī)定標準。

三、針對分析報告采取的措施

1.采取以下整改措施

（1）將現(xiàn)有的軸套改成整體離心制造并加厚，滿足技術要求。

（2）要求廠家改進設計，加厚軸套和在軸套內(nèi)增加油槽，以提高強度和潤滑性。5125軸套加3道軸向槽。

（3）對十字頭材質(zhì)作進一步化驗，是否達到球鐵牌號。

（4）十字頭銷加防轉機構。（5）加強制潤滑，機油過濾部件，改善潤滑條件。（6）十字頭滑道孔精加工工藝，十字頭外圓精磨。（7）將原5125泵體模型重做：油池加深50mm，泵體下加散熱筋。

2.采取施后取得的效果

（1）經(jīng)廠家反饋的十字頭材質(zhì)報告，符合球鐵900機械性能。

（2）除泵體未進行重做（油池加深50mm，泵體下加散熱筋）外，其余均按上述要求改進后進行現(xiàn)場運行試驗。

（3）現(xiàn)場運行情況：經(jīng)過現(xiàn)場運行，我們發(fā)現(xiàn)，油池磨粒明顯減少，新改進的整體十字頭軸套承載能力明顯高于老軸套。新軸套在原材料、加工工藝、使用效果等方面均優(yōu)越于卷制軸套。圖3、4分別為新舊十字頭軸套實物圖。

（4）經(jīng)過更換軸套等措施，現(xiàn)場運行的2#、3#、4#泵還是存在抱瓦現(xiàn)象，降溫效果不是很明顯。隨著出口壓力增加，泵功率增加,泵體溫度隨之升高，更換軸套還不能徹底解決曲軸抱瓦。

3.重做泵體模型，油池加深50mm，泵體下加散熱筋

上述措施諸多措施的實施，還未能徹底解決曲軸抱瓦故障，要求廠家重做泵體模型，油池加深50mm，泵體下加散熱筋，重做的泵體運至現(xiàn)場，將現(xiàn)有泵體機身全部更換，經(jīng)過實際運行，從2010年更換后至2015年底泵整體運行正常，再未發(fā)生過曲軸抱瓦故障。

圖3 卷制十字頭軸套

圖4 整體離心加工十字頭軸套

四、結語

（1）目前該泵型曲軸箱油池偏小，潤滑油儲量為80～90L,根據(jù)計算需110～154L潤滑油。當泵功率增大時，由于潤滑油偏少，是曲軸箱發(fā)熱的主要原因，最終導致抱瓦現(xiàn)象發(fā)生。

（2）從目前使用的5125系列注水泵來看，電機功率在185kW以下（含185kW）均未出現(xiàn)過抱瓦現(xiàn)象，曲軸箱溫度在50℃以下，而2011年姬十五轉投用的5125-27/25泵，配套功率為220kW。分析認為5125系列泵最大配套功率應在200kW以下，超過200kW，該泵型已超過最大設計能力，各運動部件超出承載能力，無法保證泵正常運行，選型上存在一定缺陷。

（3）對于超過220kW的5125系列泵型，泵體模型應重做，加大機身，油池加深50mm，泵體下加散熱筋，確保潤滑油足夠。

[1]機電工程手冊編委會，機械工程手冊泵[M].機械工業(yè)出版社，1990.

[2]汪德濤，潤滑油及潤滑脂實用手冊[M].廣東科技出版社，2003.

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[4]李柱國主編，內(nèi)燃機滑動軸承[M].上海交通大學出版社，2003.

TK417

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1671-0711（2016）04-0068-04

2016-03-09）