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高压油田注水泵的设计分析研究* 李 强1柴立平 胡敬宁 吴新明2 （1.江苏大学流体机械工程技术中心 镇江212013；2.无锡新佳泵机有限公司 无锡214183） 摘要：本文主要介绍油田用高压往复式注水泵结构及参数的优化设计，特别是对液力端和动力端采用新型结构设计，解决了高压注水泵的关键技术，使其在苛刻的使用条件下延长它的可靠性和寿命。经实际应用我们开发的高压柱塞式注水泵的连续可靠运转周期大幅度提高。 关键词： 往复式 注水 交变应力 组合阀 磨损 中图分类号： 文献标识码：A 文章编号： 0 引 言 油田用高压往复式注水泵（或增压注水泵）与多级离心泵、高速泵运行经济性江苏大学基金资助项目（04JDG040） 作者简介： 李强（1964年 - ），男，安徽蚌埠人，副教授， 长期从事高压往复注水泵、往复隔膜泵、石油化工计量泵产品设计研究与产业化工作。 3）采用硬齿面减速机(等效采用德国标准制造),体积小，噪音低； 4）率先采用变频传动技术解决泵调量及节能运行问题； 5）产品为三或五柱塞单作用往复泵，机座多为高强度全对称箱式刚性铸件； 6）泵结构合理、运行平稳、可靠性好、机组效率高； 7）所有承压零件按泵最大允许出口压力（应至少等于泵额定排压的110%）设计。 多年来产品已有近1000台在胜利、辽河、华北等用于油田高压注水工程；并已在尿素工程甲铵泵、液氨泵现场投入运行中使用。 2 液力端特点 2.1高压往复式注水泵（及增压注水泵）液力端的结构设计 在液力端的结构设计上，必须考虑缸体工作腔（交变压力腔）的高压压力脉动破坏，由于工作压力反复由0到高压的交变，易引起缸体开裂。实践证明，若在工作压力≤30MPa，以通常液缸体的“T”和“+”型交叉孔、单向进出口阀的液力端结构，用于30MPa以上的注水泵，缸体经常裂开，其寿命一般为一年左右。若是在更高工作压力下，其寿命可想而知。 通常独立阀缸体裂开的主要原因是因为工作压力的交变引起缸体相贯孔处应力集中区的应力交变，由疲劳而产生裂缝，最终导致缸体开裂。 组合阀将压力交变腔从缸体转移到阀腔孔的圆柱腔内缸体因而不会开裂。而阀腔孔是个无相贯孔、无应力集中区的光滑圆孔，即使工作压力交变也不会开裂。我方运用多种型式的组合阀，成功地解决了注水缸体腐蚀开裂的问题。进液阀、排液阀采取共用阀座，可同时在液缸体阀腔内孔装入或拆出组合阀，型式见图1。 图1 3DZ高压泵及6ZB增压泵组合阀 液力端采用新型组合阀。进出口阀板密封接触面的宽度、阀座孔径的设计合理，不仅密封性好而且过流损失小，使泵余隙容积极小，试验测得3D-12/50泵的容积效率高达98.5%；这样不仅增加泵的可靠性，也提高泵的效率。液缸零部件的静密封面采取独特结合面嵌入式结构，使用时间越长结合面密封越可靠、密封性能越好；此外整体组合阀不仅结构紧凑且易于拆装，易于加工液缸体。也使泵液力端整体尺寸有所减小。液缸体所使用的材料均适用工作条件的、具有良好的耐腐蚀性能的材料如2Cr13、1Cr17Ni2、00Cr18Ni12Mo2Ti。 2.2采用双导向组合式自封型柱塞密封 为减小密封面摩擦系数，通常对注水泵柱塞采取表面渗镀或冷作滚压硬化处理（HRC56～6。POM低一倍，耐磨性提高3倍），综合性能优良，基本可满足使用要求，见图2双导向填料柱塞密封。 解决高压注水泵的柱塞密封，不论使用何种填料，高压注水充当柱塞密封都不会获得好 图2 对置平衡增压注水泵填料密封 效果。有效措施是采用自封型密封圈，柱塞导向点增加，受力均匀，柱塞在运行过程中不存在悬臂运动，不会偏磨或偏磨程度减轻，导向的可靠性、有效地对中起到了对密封圈的保护作用。这种密封型式可大大提高密封圈的使用寿命，减少更换次数，它安装方便、耗能低、寿命长远远优于填料密封。关键技术在于该密封圈的增强方法，通过试验研究,我们已经掌握对进口100MPa超高压泵的柱塞自封密封圈的材料配比和工艺增强方法；见密封结构的示意图3。另外我们认为间隙密封在超高压注水泵上的应用应会有所突破。 图3双导向组合式自封型柱塞密封 2.3 增大泵柱塞直径 使用大推力柱塞，优化结构参数 Q=0.785D2SnZ×60 （1） 式中：Q—泵流量，m3/h D—柱塞直径， m S—行程长度 ，mZ—联数 D时，可以通过减小行程长度S和降低转速来达到保持流量Q不变。降低泵速，减小柱塞与填料摩擦，使填料摩擦副寿命加长；同时也减小了由于填料磨损而导致物料泄漏的可能性，增加泵的运行可靠性。 另外由于往复泵在输送介质过程中会产生加速和减速运动，就加大了液缸