柱塞式注水泵易損件壽命分析及提高路徑

張余川

（大慶油田有限責任公司第九采油廠，黑龍江 大慶 163000）

柱塞式注水泵是油田注水生產中的主要設備，在油田注水系統中，注水泵是二次采油注水的關鍵設備。因此，分析柱塞式注水泵易損件壽命問題，對柱塞式注水泵失效原因進行討論，對進一步提高柱塞式注水泵易損件的使用壽命與應用水平等有積極作用。在對柱塞式注水泵易損件使用壽命、失效原因等進行分析的過程中，可通過易損件壽命分析與處理，提高柱塞式注水泵易損件的應用質量，在延長易損件使用壽命的前提下，可提高柱塞式注水泵易損件的綜合應用效果。

1 柱塞式注水泵結構及原理分析

柱塞式注水泵是油田注水系統中的重要組成部分，屬于大型旋轉機械部件，與此同時，也是往復運動部件，負載比較大，工況環境惡劣。柱塞式注水泵在實際應用中，包含動力端、液力端、驅動電機等，其中，動力端是柱塞式注水泵的核心結構，通過十字頭將動力傳輸到輸出端，柱塞泵在實際運行的過程中，可以通過泵體本身的往復運動，達到動力輸出與泵力控制的目的。在利用柱塞式注水泵的過程中，液力端可直接輸送液體，將機械能傳遞給液體。

驅動電機在實際應用中，注水泵系統的動力源比較穩定，對注水效率會產生直接的影響。柱塞式注水泵在運行中，工作時是通過曲柄連桿機構將電動機的旋轉運動轉化為柱塞的往復運動，可通過工作腔里的溶劑周期性變化來達到輸送液體的目的。

2 柱塞式注水泵易損件失效形式分析

2.1 柱塞的失效形式

柱塞式注水泵易損件的使用壽命與可靠性對柱塞式注水泵的實際應用質量會產生直接的影響。通常情況下，柱塞式注水泵易損件的制造成本在整個泵組成本中的占比比較低，極容易出現柱塞斷裂、柱塞表面拉傷、柱塞表面鍍層、柱塞表面腐蝕、安裝間隙不當、動力端十字頭磨損下沉、拉桿與柱塞的連接同心度比較差、注入介質混有硬質顆粒等問題，對柱塞式注水泵易損件的實際應用質量會產生直接的影響。

2.2 盤根的失效形式

結合柱塞式注水泵易損件的實際情況，盤根在實際應用中，盤根磨損、盤根塑性變形、盤根燒結及碳化、盤根材質與注入介質不適應、注入介質混有硬質顆粒，加劇盤根磨損、泵沖次過高、氧化與老化等問題，對盤根的密封會產生直接的影響，密封效果降低，介質泄漏量超出標準的要求值。

2.3 組合閥的失效形式

柱塞式注水泵易損件中的閥組件損壞，對柱塞式注水泵的性能會產生直接的影響。其中，閥芯、閥座磨損，刺槽、密封不嚴；熱處理不達標，閥體開裂；閥體過流面積偏小，流速過快，閥體的沖擊偏大，磨損加快；彈簧斷裂；閥體的材料與注入介質不相適應等問題，對柱塞式注水泵組合閥的性能會產生直接的影響，一旦出現磨損失效的情況，柱塞泵的排量不足，影響柱塞式注水泵組合閥的應用效果。

2.4 十字頭的失效形式

柱塞式注水泵十字頭的機構比較復雜，其中包含十字頭體、十字頭銷、滑導等，由于十字頭體與柱塞桿的連接，可通過多層串聯結構，實現傳輸控制，力的傳遞過程比較復雜，并通過螺紋連接傳遞動力。通常情況下，潤滑不良以及磨損等因素對柱塞式注水泵十字頭的失效會產生直接的影響。十字頭本身是柱塞式注水泵安全運行中的重要零部件，所以，十字頭在實際應用中，會通過潤滑的方式，在十字頭表面形成潤滑油膜，減少固體之間的摩擦，可保證十字頭的應用性能。但是，十字頭在實際應用中，潤滑失效，磨損過度，影響十字頭的運行水平。此外，十字頭在實際應用中，由于摩擦情況的出現，會出現十字頭表面溫度過高的情況，如果潤滑油出現燃燒，則會產生臭味，影響十字頭在柱塞式注水泵運行中的應用性能。

3 柱塞式注水泵易損件失效原因分析

3.1 介質對易損件的影響

由于柱塞式注水泵的應用環境比較惡劣，所以，注入介質對柱塞式注水泵的零部件壽命會產生直接的影響，在長時間的運行下，柱塞式注水泵易損件極容易出現失效的情況，影響柱塞式注水泵的運行水平。例如，介質中的砂粒過多，則會出現盤根、柱塞拉傷的情況，組件磨損嚴重，會出現密封失效的情況，如果出現介質滲漏，會引發安全事故，降低柱塞式注水泵易損件的安全性，并導致柱塞磨損加劇，影響柱塞式注水泵易損件的實際應用效果。閥板、閥座在管編的過程中，磕碰沙礫會出現點坑，出現次漏的情況，閥板、閥座密封會失效，壽命會大幅度地降低。一般情況下，往復泵往復次數為250次/分，每天的往復次數為360000次，所以，介質含有沙礫等顆粒物質，對閥組的性能及質量會產生直接的影響。

3.2 零部件制造質量對易損件質量的影響

柱塞制造質量不合格主要是柱塞表面硬度以及噴焊層厚度不足、柱塞表面硬質合金層結合強度比較差，對柱塞的綜合質量會產生直接的影響。柱塞表面的硬質合金層的硬度不足，表面硬度過低，對柱塞本身的質量會產生直接的影響。柱塞式注水泵在制造生產的過程中，則需要結合柱塞式注水泵易損件的運行狀態與環境，對制造生產材料的應用以及質量控制過程等進行綜合分析，在抗腐蝕、抗變形等分析與處理的基礎上，對柱塞式注水泵易損件的閥芯、彈簧等質量進行檢驗，通過質量評估與分析處理，提高柱塞式注水泵易損件的綜合質量。在易損件質量評估與分析處理的過程中，可在生產工藝與質量檢驗的基礎上，對組織結構以及易損件應用的質量要求等進行評估，在組合閥質量評估與故障處理的前提下，保證易損件的整體應用水平。最后，在對易損件的應用方式、技術分析過程等進行調整中，可在易損件質量要求，采用抽檢與定期檢驗的方式，對易損件的材料成分、質量變化等進行審核，如果存在質量不達標的情況，則需要對易損件的綜合應用與生產技術應用等進行優化，進一步提高柱塞式注水泵易損件的制造與生產質量。

3.3 加工、裝配對易損件壽命的影響

加工要保證配合圓柱體間的同軸度，在實際應用中，兩零件連接斷面的垂直度，裝配過程中，零部件要保證清潔、無毛刺。如果零件相關聯尺寸的公差不滿足柱塞式注水泵的要求，則會出現連接件不同軸的情況，影響密封效果。盤根的組合方式不同，對易損件的壽命也會產生直接的影響，盤根與導向套加裝數量以及方式等存在差異性，影響盤根在柱塞式注水泵中的使用壽命。在機械工程的流體密封中，軟盤根對旋轉軸以及往復式活塞桿的密封是通過軸向壓縮的方式，導致壓力出現徑向膨脹的情況，影響密封處理效果。

4 延長柱塞式注水泵易損件壽命的有效措施

4.1 易損件的防腐處理

柱塞式注水泵易損件的使用壽命分析，可通過防腐處理工藝的應用，對柱塞、十字頭等易損件運動過程進行防腐處理，避免外部顆粒粉塵等對柱塞式注水泵易損件的使用壽命產生直接的影響。在防腐處理的過程中，可通過激光熔覆技術的應用，對柱塞式注水泵易損件的表面進行防腐處理，改善易損件表面的耐磨性、耐熱性以及抗氧化性，進一步提高柱塞式注水泵易損件的抗腐蝕特性。

在利用激光溶技術，提高快速凝固處理過程，提高柱塞式注水泵易損件的處理水平。激光熔覆工藝在實際應用中，可對易損件的磨損進行修復，并延長柱塞的使用壽命。

4.2 正確選擇組合閥材料與結構

柱塞式注水泵的閥組材料選擇要考慮防腐蝕問題，考慮輸送介質、排出壓力等因素對閥組材料質量所產生的影響，對提高柱塞式注水泵易損件的質量有積極作用。此外，還需要從材料硬度的角度進行分析，可以選擇泵閥材質2Crl3、3Crl3閥板為尼龍、聚甲醛、改性工程塑料等，可提高閥組材料的綜合應用水平。輸送介質油田污水礦化度比較高，在不含砂的情況下，泵閥材質都可以選擇非金屬閥板、閥芯等。輸送介質油污污水含合理、含砂的狀態下，可安裝過濾器，并保持有足夠的流通面積，保證流量的同時，提高柱塞式注水泵易損件的綜合處理水平。

4.3 正確選擇盤根材料與組合方式

在邊界潤滑狀態下，盤根摩擦大、溫度高、磨損快，在靜壓潤滑狀態下，液膜厚、泄漏大，密封性能比較差，對柱塞式注水泵的盤根結構應用會產生直接的影響。因此，正確選擇盤根密封材料，對提高柱塞式注水泵的密封處理效果方面有積極作用。從柱塞式注水泵的介質性質、工作溫度、工作壓力、運動速度、材料性能等角度對密封材料的選擇進行分析，根據密封介質的pH值選擇合適的密封材料，可提高盤根在柱塞式注水泵運行中的應用效果。從盤根組合方式的角度進行分析，柱塞組件在密封處理的過程中，可通過盤根提供的定位點，對導向套與盤根之間的組合進行設計，提高盤根的使用壽命與應用水平。

4.4 正確選擇柱塞的材料與結構

結合柱塞式注水泵柱塞結構處理，在柱塞材料分析與處理中，可以利用陶瓷燒結工藝以及離子噴涂的方式，提高柱塞的韌性，滿足柱塞式注水泵運行控制需求。在含有顆粒污水介質中，可通過復合金屬涂層的方式，提高柱塞材料的應用水平。從柱塞聯接結構的角度分析，可在硬聯接處理的基礎上，提高柱塞與十字頭之間的同心度，并提高柱塞聯接水平。

4.5 泵總體結構的裝配與運行

結合柱塞式注水泵的總體應用方式，對柱塞與導向套、柱體、十字頭缸孔裝配間隙進行處理，可提高柱塞式注水泵易損件的使用壽命。根據泵總體的結構與運行方式，優化泵的運行特性，并對柱塞直徑、行程長度、往復次數、液缸數等角度進行控制，合理選擇泵柱塞的線速度，并對柱塞、填料的磨損進行控制，對提高柱塞式注水泵總體的裝配水平與運行穩定性等方面有積極作用。結合注水泵的實際運行情況，可對柱塞線速度、壓力、黏度、進口供液條件、介質選擇等進行調整，提高柱塞式注水泵的綜合運行水平。與此同時，還需要結合柱塞式注水泵的運行情況，對泵體的運行狀態進行控制，在更換潤滑油的過程中，可通過動力控制，提高柱塞式注水泵的應用水平。最后，柱塞式注水泵的十字頭在運動的過程中，考慮支撐力、摩擦力、慣性力、推力對十字頭質量所產生的影響，所以，柱塞式注水泵易損件的應用維護，則需要針對十字頭的實際應用情況，對散熱裝置以及摩擦處理等進行優化，在減少十字頭摩擦力的基礎上，通過十字頭的潤滑以及熱量控制，可提高柱塞式注水泵易損件的應用安全性與穩定性。

5 結語

結合柱塞式注水泵的運行原理，在對柱塞式注水泵的實際運行情況進行研究與分析，分析柱塞式注水泵易損件的失效原因，并通過對易損件材料的選擇與質量控制，可以延長柱塞、導向套等易損件的使用壽命。在對柱塞式注水泵易損件的處理過程進行分析中，根據現場介質情況，選擇不同材質填料與工藝的柱塞、閥組，能夠提高易損件壽命。通過密封結構型式與優化盤根組合方式，提高柱塞、盤根的使用壽命。柱塞可通過軟連接的方式，提高柱塞、盤根使用壽命。根據柱塞式注水泵的不同工況，合理選擇閥板材料，提高易損件的應用水平。