W型雙螺桿泵輸送聚合物的應用及改進

摘要:本文對W型雙螺桿泵輸送聚合物時，聚合物粘度大、泵速低等原因導致的諸多問題進行了分析，針對密封泄漏、齒輪斷齒、斷軸等現象分析了產生的原因，提出了改造措施，實施后螺桿泵運行狀況明顯改善。同時對螺桿泵的安裝、使用及維護方面應注意問題進行了探討。

關鍵詞:W型雙螺桿泵輸送聚合物改進

中圖分類號:TE934文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0105-01

大慶油田開展聚合物驅油工藝以來，對輸送聚合物的設備提出了更高的要求。聚合物具有粘度大(非牛頓流體)、流動性差的特點，使用離心泵輸送聚合物一是高速剪切會破壞介面膜，二是80℃以上高溫會破壞介面膜，而螺桿泵以其無剪切、無攪動，輸送平穩、吸入能力強、可氣液混輸等特點，廣泛用于輸送聚合物。我廠于2001年左右就開始使用W型雙螺桿泵進行聚合物輸送，根據多年的使用、維修經驗，對螺桿泵的安裝、使用及維護方面應注意問題進行探討。

1 泵的安裝

1.1 聯軸器的安裝

此型雙螺桿泵采用了帶有加長節的膜片聯軸器，主要由兩個半聯軸器、隔離段、彈簧、螺栓等組成，是一種金屬彈性聯軸器。在泵的主動軸驅動端設有鍵槽，嵌入鍵，用銅棒或木棰在軸頸上輕輕敲擊推進半聯軸器，同時必須保證其端面和軸頭端面平齊，最后整個聯軸器用螺栓緊固。

1.2 泵和電機在底座上的安裝

為了確保運行和維護的場地需要，必須保證要有足夠的安全空間，以利于施工、緊急事故的處理等，例如:在泵的齒輪箱前，安裝的自由空間至少是泵總長度(不含電機)的2倍。

按油田安裝、施工的慣例，應嚴格按照泵、偶合器、電機三者圖紙給出的主軸中心高、地腳螺孔間距等進行安裝，越精確就越有利于日后運行的穩定。通常以中間液力偶合器的方位及其軸中心高為基準，其次找正電機、螺桿泵的主軸中心高、地腳螺栓孔，最后進行基礎灌漿。這里需要提到的一點是，液力偶合器從冷態到熱態，輸出軸有0.2mm的垂直“浮”高，而彈性聯軸器的徑向位移補償量為0.15mm，這給螺桿泵的生產質量提出了更高的要求，在冷態通過用直尺、千分表，通過用盡可能少的墊片，依次找正電機、雙螺桿泵后，熱穩定(運行)狀態，必須依靠泵自身的加工精度及對各種運行條件下的適應能力，來確保安全平穩地輸送介質。

1.3 進、出口管路的安裝

(1)管路應盡量保證與泵的進、出口管口等高。(2)為防止輸送介質中的雜質進入泵內，安裝了一個圓筒過濾器，其過濾網篩眼的大小≤1mm，同時也使介質的最大阻力≤0.01MPa，而不致使泵的螺桿空轉，損壞機械密封的摩擦面。(3)為保護螺桿泵，泵的進、出口管路鋪設了旁通管路。

2 泵的運行維護

(1)對于新泵運行初期，停機后應取下前、后聯軸器的中間短節，進行熱對中檢查，并作好記錄，檢查全部緊固螺栓，松動的要上緊。停機24小時后，應進行冷對中檢查，同時進行機組的冷對中調整，符合要求后裝好聯軸器，上好聯軸器護罩。

(2)齒輪油和偶合器工作油不夠應及時補加，油位達到油窗液位的1/2～2/3。二者的換油周期:①驅動端:驅動端的滾動軸承潤滑，可通過油槍從兩個注油嘴注入潤滑脂，在正常運轉下800小時更換一次。②止推端:對于新泵累計工作時間250小時需換油一次，之后每次間隔總計500～1000小時。

3 存在問題及解決措施

泵組投入運行一年后，各注聚站逐漸建設完畢，泵排量逐漸加大，基本達到滿負荷運轉。運行參數提高以后，泵組運行問題逐步顯現:機封泄漏、齒輪打齒，甚至斷軸情況時有發生。

3.1 密封泄漏

從雙螺桿泵的工作原理可知，雙螺桿泵在工作時軸是有一定的撓性變形的，泵負荷加大，泵軸撓性變形也相應的增加。由于機械密封動環隨軸轉動，與軸配合，軸的撓性變形，造成機封動環摩擦面與靜環摩擦面平行度降低，加上高粘度的聚合物阻礙了動環機封彈簧的補償性，造成機封容易泄漏。根據該型雙螺桿泵的結構和輸送介質的特性，嘗試在該泵上使用集裝式機械密封，并將密封的彈簧改成外置型式，即彈簧在大氣側，與介質相隔離。集裝式機封增加了彈簧的補償性能，既方便了安裝，又減少了人員安裝密封時人為誤差。2008年-2009年，在四座配制站更換集裝式機械密封26臺次，改進后，機封使用壽命有了明顯的改善，從原來的3個月，逐步提高到6-8個月。

3.2 齒輪斷齒

外置軸承的雙螺桿泵從動軸的扭矩是依靠同步齒輪來傳遞的，齒輪扭矩的計算公式為:

可以看出，功率一定的情況下，扭矩和轉速成反比關系。由于該泵輸送的介質屬于長分子鏈結構，為了防止輸送介質被剪切，破壞分子鏈結構，泵輸出轉速不能過高，一般限制在600rpm以下。因此泵長期在低轉速、高負荷下工作，泵的輸出扭矩很大。根據設計參數，該泵齒輪的扭矩是按額定轉速為1450rpm時，最大額定功率為400kw設計的，額定扭矩為2650N·m。而實際使用工況為:配套電機4極160kw(1450rpm)，通過減速器(1:2.85)泵的輸入轉速為510rpm，通過扭矩計算公式可知，實際使用工況最大扭矩為2996N·m，超出了齒輪的設計扭矩。因此建議增大齒輪模數，將齒輪傳遞扭矩按3000N·m以上設計，并改善齒輪材質，采用鍛件毛坯。2008年-2009年，在四座配制站更換新式齒輪5臺次，通過改進，齒輪斷齒現象基本杜絕。

3.3 斷軸

從斷軸的部位來看，斷軸部分基本出現在軸臺階處和螺旋套鍵槽處。由于雙螺桿泵泵軸在工作時是有一定的撓性變形的，高負荷時，泵的疲勞變形量增加，再加上分體式軸與螺旋套，軸臺階處、鍵槽處不免出現機加工時的應力集中現象。泵廠購進的材料為經過了最后固溶處理的棒材，由于泵軸的臺階較多，且尺寸相差較大，粗加工后又沒有相應的熱處理工藝，造成泵軸容易產生應力集中，高負荷時容易出現斷軸也就不足為怪了。為此建議軸材料采用鍛件，最后一序的熱處理前將泵加工成該軸形狀(僅留少量機加工余量)。增加泵軸撓性變形最大處的軸徑，由原來的90mm增大到100mm，軸頭、軸承處尺寸不變，保證原來的安裝尺寸。2008年-2009年，在三座配制站更換新軸4根，通過改進，斷軸現象明顯減少。

4 結論

(1)應嚴格按照泵、偶合器、電機三者圖紙給出的主軸中心高、地腳螺孔間距等進行安裝，以利于日后運行的穩定。(2)新泵運行初期應做好前、后聯軸器、機組的熱對中、冷對中檢查、調整。(3)泵軸撓性變形較大、輸送液體粘性較大時，可采用集裝式機械密封，并將密封的彈簧改成外置型式，增加彈簧的補償性能，從而延長機封使用壽命。(4)因泵低轉速、高負荷下工作導致齒輪斷齒、斷軸時，可增大齒輪模數，改善齒輪材質，提高齒輪的設計扭矩。(5)因高負荷下應力集中導致斷軸時，可增大泵軸撓性變形最大處的軸徑，完善熱處理工藝，提高泵軸強度。

參考文獻

[1]袁榮娟.提高雙螺桿泵工作性能和工作壽命的途徑[J].機床與液壓，2003(4).