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      地面驅(qū)動單螺桿抽油泵光桿密封結(jié)構(gòu)改進

      2013-08-24 02:52:34鄒玉平
      機械工程師 2013年11期
      關(guān)鍵詞:唇形單螺桿唇口

      鄒玉平

      (大慶油田力神泵業(yè)有限公司技術(shù)研發(fā)中心,黑龍江 大慶 163311)

      1 引言

      地面驅(qū)動單螺桿抽油泵是目前油田主要的井下機械采油的方式之一,是近些年發(fā)展起來的采油工藝技術(shù)。地面驅(qū)動裝置為地面驅(qū)動單螺桿抽油泵的主要設(shè)備,為井下螺桿泵提供動力,同時具有控制桿柱的反轉(zhuǎn)和光桿密封等作用。地面驅(qū)動裝置的光桿密封按照位于驅(qū)動裝置的部位不同,分為上置型和下置型。上置型光桿密封成為螺桿泵光桿密封的主要密封方式。光桿密封性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到油田的產(chǎn)能和環(huán)境保護。光桿密封器漏油嚴重[1],一直是困擾油田用戶的螺桿泵應(yīng)用的問題,一旦光桿密封的問題漏油,會出現(xiàn)井液甩到整個地面設(shè)備上,污染極為嚴重。因此,上置型光桿密封必須結(jié)構(gòu)合理,密封可靠。通過對上置型光桿密封結(jié)構(gòu)進行研究,并提出改進措施。

      2 改進前上置型光桿密封及存在問題分析

      改進前上置密封結(jié)構(gòu)如圖1所示,位于地面驅(qū)動裝置的最上端,光桿從隔離套內(nèi)孔通過,上端通過方卡子和密封支撐套的上端扁方相對軸向和徑向固定,與密封支撐套之間為靜密封,光桿、密封支撐套、主軸一起同步旋轉(zhuǎn),與靜止的隔離套通過復(fù)合密封總成形成動密封,實現(xiàn)對光桿的密封作用。

      密封支撐套通過2個平鍵與主軸徑向連接。為防止復(fù)合密封發(fā)生泄漏時井液進入減速箱,唇形密封圈起到密封作用。經(jīng)過分析,這種密封型式存在以下問題:(1)在密封支撐套和主軸上加工的鍵槽,要求必須有較高的位置精度,加工難度較大。(2)由于上置型光桿密封在油田現(xiàn)場應(yīng)用,環(huán)境惡劣,密封支撐套和主軸的配合精度較高,又有平鍵連接,長時間運行容易銹蝕,現(xiàn)場維修不容易拆卸。另外,井下螺桿泵出現(xiàn)卡泵等異常情況下扭矩較大,平鍵容易滾鍵,光桿密封出現(xiàn)問題不易拆卸維修。(3)唇形密封圈直接與隔離套密封,由于隔離套材質(zhì)較軟,耐磨性差,一段時間運轉(zhuǎn)后,隔離套磨出溝痕。唇形密封圈為耐油橡膠,橡膠耐磨能力較差,唇口會磨損嚴重。當復(fù)合密封發(fā)生泄漏時,井液極易進入減速箱,使齒輪油失效,導(dǎo)致減速箱損壞。減速箱的損壞意味著整個地面驅(qū)動裝置報廢,必須重視這個問題。(4)密封支撐套體積大,浪費鋼材,加工成本高。

      圖1

      圖2

      3 改進后上置型光桿密封

      圖3 密封支撐套

      針對改進前光桿密封存在的問題進行更改,如圖2所示。靜密封基本不變,將密封支撐套與主軸之間采用卡口形設(shè)計,結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。在主軸上端面開卡口槽,在槽底面打螺栓孔,用于與密封支撐套的連接。為保證開口槽的強度,通過最大扭矩的計算,確定槽的開口尺寸和主軸的外徑尺寸。在密封支撐套上銑扁方,尺寸與主軸槽配合。銑扁的位置要留出O環(huán)槽的位置。在密封支撐套上除打連接螺栓孔外,還要對稱攻螺紋孔,便于維修時使用頂絲拆卸密封支撐套。通過改進將復(fù)合密封總成完全沉入主軸內(nèi)孔中,減小了密封支撐套的尺寸,同時主軸的卡口槽和密封支撐套銑扁方易于機械加工,減少了工藝和材料成本。密封支撐套和主軸通過六角螺栓擰緊固定。拆卸時只需要一個扳手即可。而改進前的結(jié)構(gòu)拆卸密封支撐套需要專用的工具。

      為防止唇形密封圈和隔離套的相互磨損,采用了特制的唇形密封圈,密封圈的基本結(jié)構(gòu)包括:密封唇口、外殼、內(nèi)殼、橡膠墊片,密封唇口用聚四氟乙烯(PTFE)制成,聚四氟乙烯具有自潤滑功能,同時還具有形狀記憶功能,使唇口永遠壓緊在軸表面[2]。油封的唇口上還設(shè)計有螺旋槽,能夠?qū)⑼庑沟木核突孛芊馇粌?nèi)[3]。隔離套在與特制唇形密封圈的接觸部位設(shè)計了保護套,保護套采用20CrMnTi材料,經(jīng)過滲碳淬火工藝處理,提高了硬度和耐磨性。通過以上改進,提高了密封部位的密封使用壽命。

      圖4 主軸

      4 應(yīng)用效果

      這種光桿密封結(jié)構(gòu)的改進,已成功應(yīng)用于螺桿泵永磁直驅(qū)驅(qū)動裝置中,現(xiàn)場應(yīng)用體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠、維修維護容易的特點,已經(jīng)在大慶油田應(yīng)用30余臺,最長免修期達到1000天,得到了用戶的認可。

      [1]張連山,趙謫斗.地面驅(qū)動單螺桿泵使用中出現(xiàn)的問題及失效方式[J].石油機械,1992(4):34-36.

      [2]丁攀攀,白駿烈.提高油封耐磨性能途徑[J].橡膠工業(yè),2010(4):251-254.

      [3]湯亮.汽車用填充聚四氟乙烯油封研究與發(fā)展[J].汽車工藝與材料,2008(2):59-66.

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