注水泵機油散熱裝置的研究與應(yīng)用

張正軍

【摘 要】傳統(tǒng)高壓柱塞泵潤滑油箱內(nèi)部潤滑油冷卻器多采用結(jié)構(gòu)簡單的U形管等結(jié)構(gòu)，在高溫下連續(xù)運轉(zhuǎn)不僅增加了潤滑油的消耗量，還加劇了泵體及零部件的磨損情況。本設(shè)計提供了一種在油箱外部加裝潤滑油冷卻器的方法，有效降低了泵的工作溫度，減少了泵的故障維修費用，為同類設(shè)備改造提供了思路。

【關(guān)鍵詞】柱塞泵；機油冷卻

一、前言

遼河油田興隆臺采油廠歐一注水站于2001年8月份建成投產(chǎn)，生產(chǎn)設(shè)備共有注水泵4臺、補水泵3臺、排污泵2臺。主要負責(zé)歐利坨油田的注水工作。目前共負責(zé)注水井38口，日注水量950方左右。

（一）注水泵現(xiàn)狀

歐一注注水泵為傳統(tǒng)柱塞泵，該柱塞式高壓注水泵機油箱內(nèi)原有兩根盤管，采取水在機油箱中循環(huán)的方式，降低機油溫度。但該油箱體積為0.8m3，原有兩根盤管為普通Φ16mm管，在油箱內(nèi)有效長度為1.5m。設(shè)備運轉(zhuǎn)時機油平均溫度為62℃，而正常的工作溫度應(yīng)該控制在40℃～55℃之間，降溫效果較差，達不到設(shè)備良好運轉(zhuǎn)要求。

（二）高溫對機油的危害

柱塞泵油箱中的機油依靠在內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)的結(jié)合面形成穩(wěn)定的薄薄的油膜來起到潤滑作用，實現(xiàn)減少摩擦，保護內(nèi)部機械及各運動部件的目的，機油的使用對于泵的正常運行是必不可少的。而在實際工作環(huán)境中，機油受溫度影響較大。高溫對機油的危害體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、高溫降低機油潤滑效果

機油的黏度是油膜形成的關(guān)鍵因素。黏度太高，油膜難以形成，對設(shè)備運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性也影響較大；黏度太低，油膜層太薄，潤滑效果也會被削弱，所以必須要通過溫度控制機油保持合理的黏度。高溫條件下，機油的黏度下降，導(dǎo)致潤滑和冷卻效果不佳，從而加速軸承部件磨損，加速支承部件和轉(zhuǎn)子部件的疲勞，降低泵的使用壽命。

2、高溫使機油氧化變質(zhì)

該注水站使用機油為通用機油，型號為15W40，成分包括兩大類：基礎(chǔ)油和添加劑。在高溫時機油氧化會生成酸質(zhì)和油泥，這些雜質(zhì)粘結(jié)在曲柄、連桿上，不僅升高溫度，降低了機油的潤滑散熱效果。并且有些以顆粒狀固體存在的油泥，附在機件表面，加快了機件的磨損。甚至有些油泥堵塞過濾芯、油道，導(dǎo)致機油回流不良，部件磨損加劇，最終產(chǎn)生嚴重的機械故障。

3、高溫使機油耗油量增加

機油溫度過高時，通過機油箱內(nèi)滲透、蒸發(fā)作用，降低機油的密封效果，使損耗的機油量增加。

二、機油散熱裝置的設(shè)計方案

針對舊注水泵機油冷卻效果不好的現(xiàn)狀，我們考慮為機油箱加裝一種機油冷卻器，從而降低機油溫度，提高潤滑效果。

傳統(tǒng)的機油冷卻器一般分為風(fēng)冷式和水冷式兩類。風(fēng)冷式冷卻器除采用風(fēng)扇強制吹風(fēng)冷卻外，多采用自然通風(fēng)冷卻。水冷式冷卻器，通過內(nèi)部循環(huán)管路實現(xiàn)油水換熱冷卻?？紤]到水冷式效果較好，并且節(jié)約資源，在大型設(shè)備上應(yīng)用較廣泛，我們選擇了水冷式冷卻方式。

該高壓注水泵設(shè)備出廠時，機油箱內(nèi)設(shè)計的就是水冷式機油冷卻器。水冷式冷卻器的工作原理：采用“油包水”的冷卻方法，在機油箱內(nèi)設(shè)計了2根U形管，與冷水泵相連，冷水泵不間斷的向冷卻器提供冷水，冷水流動通過各條金屬管道最終形成回路，工作時低溫循環(huán)水不間斷穿過U形管，并將管道周圍的熱量帶走，從而降低了機油溫度，達到了冷卻機油的目的。

經(jīng)過分析判斷，原有的冷卻器冷卻效果不好的原因是，機油箱內(nèi)機油較多，而U形管較細，使用中隨著油泥附著等因素冷卻效果逐漸降低。如果在機油箱原管路上加裝循環(huán)水管道，考慮到機油箱內(nèi)部空間已經(jīng)較密集，曲柄連桿等運動部件占據(jù)較大空間，加裝空間有限，新加裝管路易發(fā)生滲漏。更好的方法是在外部加裝一個機油冷卻器。

為了提高冷卻效果，在設(shè)計外部機油冷卻器時我們選擇采用“水包油”式冷卻方法，冷卻器內(nèi)充滿循環(huán)的冷卻水，機油在冷卻器內(nèi)部管路中通過，在油泵的壓力下，冷卻后又循環(huán)流回到機油箱里，實現(xiàn)冷卻降溫。由于冷卻器是加裝在機油箱外，與油箱連接管路過長會造成額外阻力，降低循環(huán)泵壓，位置的選擇方面，冷卻器直接加裝在機油箱下方空間內(nèi)，不額外占用空間。內(nèi)部構(gòu)造設(shè)計上，一般管式機油冷卻器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)多為U形管式，同時采用板式或是翅片，實際上是結(jié)合了多管式、板式、翅片式等形式。原機油泵壓為0.8MPa-1MPa，為了盡可能減少機油在新增管路中的阻力產(chǎn)生的壓降，冷卻器內(nèi)部管路設(shè)計時避免選用蛇形管式，選用多通道列管式。在有限空間內(nèi)放置多根銅管，達到冷卻效果。

自制機油散熱裝置，由彎管、管接頭、高壓軟管、散熱銅管、不銹鋼鋼板、支撐等零件焊接而成，直接固定在機油箱體底部，與機油箱和冷卻水相連。冷卻器具體尺寸為：冷卻器長550mm，內(nèi)部銅管長350mm，整體外徑為120mm，總重量為10kg。設(shè)備工作時，油泵與冷卻水泵運轉(zhuǎn)，機油經(jīng)過過濾器被吸進機油泵，在泵壓驅(qū)使下一部分進入箱體，另一部分通過管路進入冷水式機油冷卻器，經(jīng)過水冷卻后返回箱體，實現(xiàn)冷卻效果。

三、機油散熱裝置的現(xiàn)場應(yīng)用情況

加裝外部散熱裝置后，在不干擾泵的正常工作情況下，外置冷卻器與原機油箱內(nèi)U形管冷卻器構(gòu)成了雙冷卻系統(tǒng)。經(jīng)過實際應(yīng)用，與原始運行情況進行對比，降溫效果明顯。

經(jīng)過對比分析，加裝外部機油冷卻器后，機油平均溫度由62℃降為48℃，下降14℃，電機平均溫度由36℃降為31℃，下降5℃，溫度處于合理合作區(qū)間。

經(jīng)過取油樣測量運動黏度，得到圖2加裝冷卻器前后機油黏度與溫度的變化曲線。從曲線上看出而加裝機油冷卻器之前，黏度受溫度影響較大。而加裝機油冷卻器后由于機油不易發(fā)生氧化變質(zhì)，黏度變化幅度較平穩(wěn)，避免了因溫度升高帶來的黏度大幅下降現(xiàn)象。

四、實施效果分析評價

加裝外部冷卻器后，在同等工作條件下，機油溫度下降明顯。2017年我們在3號泵試驗的基礎(chǔ)上，將冷卻器成功改造的經(jīng)驗用于4號泵，將兩臺老式高壓注水泵機油箱均加裝了新式外置散熱裝置，扣除冷卻器的成本2040元，總計節(jié)約費用56591.5元。

（一）減少機油用量

更換機油頻次下降，可以持續(xù)使用直到注水泵運轉(zhuǎn)1500小時，二級保養(yǎng)時更換一次機油，節(jié)省了機油的用量，比去年同期節(jié)約機油950升，采購價格為25.19元/升，節(jié)約費用約為57890.5元。

（二）減輕員工負擔(dān)

此前由于高溫機油內(nèi)雜質(zhì)過多，該泵3天需要更換一次機油濾芯，員工停泵更換一次約為20分鐘，現(xiàn)在僅在濾芯破損時更換，除保養(yǎng)時幾乎不需員工更換，此前柱塞盤根由于油泥等雜質(zhì)的出現(xiàn)經(jīng)常產(chǎn)生滲漏，加裝了機油散熱裝置后，更換盤根頻次大大降低，增加了泵的有效工作時間，提高了效率。

（三）降低部件維修率

2016年該站3號泵因高溫潤滑失效，導(dǎo)致泵部件損壞維修4次，廠家維修費用總計3.6萬元。2017年加裝了2臺機油散熱裝置后，由于泵的工作溫度降低，潤滑效果良好，到目前為止沒有產(chǎn)生更換零部件等需廠家維修的費用。

五、設(shè)計成果創(chuàng)新點

在原注水泵機油箱外創(chuàng)新設(shè)計加裝水冷式散熱裝置，達到內(nèi)外循環(huán)雙重冷卻效果，通過創(chuàng)新改造，有效降低注水泵柱塞工作溫度，提高注水泵工作效率，減少員工勞動強度，降低維修費用。

六、結(jié)論與建議

使用該機油散熱裝置后，該注水站單泵一年累計節(jié)省5萬余元，在降本增效、節(jié)能降耗方面發(fā)揮了重要作用。該注水泵機油散熱裝置的研究與使用投入成本相對低，改造難度小，較容易實施，且能有效降低機油溫度，減少機油損耗，降低泵維修率。為同類設(shè)備進行改造提供了一種思路，具有一定的推廣價值。endprint