柱塞式注水泵易损件寿命分析及提高路径

张余川

（大庆油田有限责任公司第九采油厂，黑龙江 大庆 163000）

柱塞式注水泵是油田注水生产中的主要设备，在油田注水系统中，注水泵是二次采油注水的关键设备。因此，分析柱塞式注水泵易损件寿命问题，对柱塞式注水泵失效原因进行讨论，对进一步提高柱塞式注水泵易损件的使用寿命与应用水平等有积极作用。在对柱塞式注水泵易损件使用寿命、失效原因等进行分析的过程中，可通过易损件寿命分析与处理，提高柱塞式注水泵易损件的应用质量，在延长易损件使用寿命的前提下，可提高柱塞式注水泵易损件的综合应用效果。

1 柱塞式注水泵结构及原理分析

柱塞式注水泵是油田注水系统中的重要组成部分，属于大型旋转机械部件，与此同时，也是往复运动部件，负载比较大，工况环境恶劣。柱塞式注水泵在实际应用中，包含动力端、液力端、驱动电机等，其中，动力端是柱塞式注水泵的核心结构，通过十字头将动力传输到输出端，柱塞泵在实际运行的过程中，可以通过泵体本身的往复运动，达到动力输出与泵力控制的目的。在利用柱塞式注水泵的过程中，液力端可直接输送液体，将机械能传递给液体。

驱动电机在实际应用中，注水泵系统的动力源比较稳定，对注水效率会产生直接的影响。柱塞式注水泵在运行中，工作时是通过曲柄连杆机构将电动机的旋转运动转化为柱塞的往复运动，可通过工作腔里的溶剂周期性变化来达到输送液体的目的。

2 柱塞式注水泵易损件失效形式分析

2.1 柱塞的失效形式

柱塞式注水泵易损件的使用寿命与可靠性对柱塞式注水泵的实际应用质量会产生直接的影响。通常情况下，柱塞式注水泵易损件的制造成本在整个泵组成本中的占比比较低，极容易出现柱塞断裂、柱塞表面拉伤、柱塞表面镀层、柱塞表面腐蚀、安装间隙不当、动力端十字头磨损下沉、拉杆与柱塞的连接同心度比较差、注入介质混有硬质颗粒等问题，对柱塞式注水泵易损件的实际应用质量会产生直接的影响。

2.2 盘根的失效形式

结合柱塞式注水泵易损件的实际情况，盘根在实际应用中，盘根磨损、盘根塑性变形、盘根烧结及碳化、盘根材质与注入介质不适应、注入介质混有硬质颗粒，加剧盘根磨损、泵冲次过高、氧化与老化等问题，对盘根的密封会产生直接的影响，密封效果降低，介质泄漏量超出标准的要求值。

2.3 组合阀的失效形式

柱塞式注水泵易损件中的阀组件损坏，对柱塞式注水泵的性能会产生直接的影响。其中，阀芯、阀座磨损，刺槽、密封不严；热处理不达标，阀体开裂；阀体过流面积偏小，流速过快，阀体的冲击偏大，磨损加快；弹簧断裂；阀体的材料与注入介质不相适应等问题，对柱塞式注水泵组合阀的性能会产生直接的影响，一旦出现磨损失效的情况，柱塞泵的排量不足，影响柱塞式注水泵组合阀的应用效果。

2.4 十字头的失效形式

柱塞式注水泵十字头的机构比较复杂，其中包含十字头体、十字头销、滑导等，由于十字头体与柱塞杆的连接，可通过多层串联结构，实现传输控制，力的传递过程比较复杂，并通过螺纹连接传递动力。通常情况下，润滑不良以及磨损等因素对柱塞式注水泵十字头的失效会产生直接的影响。十字头本身是柱塞式注水泵安全运行中的重要零部件，所以，十字头在实际应用中，会通过润滑的方式，在十字头表面形成润滑油膜，减少固体之间的摩擦，可保证十字头的应用性能。但是，十字头在实际应用中，润滑失效，磨损过度，影响十字头的运行水平。此外，十字头在实际应用中，由于摩擦情况的出现，会出现十字头表面温度过高的情况，如果润滑油出现燃烧，则会产生臭味，影响十字头在柱塞式注水泵运行中的应用性能。

3 柱塞式注水泵易损件失效原因分析

3.1 介质对易损件的影响

由于柱塞式注水泵的应用环境比较恶劣，所以，注入介质对柱塞式注水泵的零部件寿命会产生直接的影响，在长时间的运行下，柱塞式注水泵易损件极容易出现失效的情况，影响柱塞式注水泵的运行水平。例如，介质中的砂粒过多，则会出现盘根、柱塞拉伤的情况，组件磨损严重，会出现密封失效的情况，如果出现介质渗漏，会引发安全事故，降低柱塞式注水泵易损件的安全性，并导致柱塞磨损加剧，影响柱塞式注水泵易损件的实际应用效果。阀板、阀座在管编的过程中，磕碰沙砾会出现点坑，出现次漏的情况，阀板、阀座密封会失效，寿命会大幅度地降低。一般情况下，往复泵往复次数为250次/分，每天的往复次数为360000次，所以，介质含有沙砾等颗粒物质，对阀组的性能及质量会产生直接的影响。

3.2 零部件制造质量对易损件质量的影响

柱塞制造质量不合格主要是柱塞表面硬度以及喷焊层厚度不足、柱塞表面硬质合金层结合强度比较差，对柱塞的综合质量会产生直接的影响。柱塞表面的硬质合金层的硬度不足，表面硬度过低，对柱塞本身的质量会产生直接的影响。柱塞式注水泵在制造生产的过程中，则需要结合柱塞式注水泵易损件的运行状态与环境，对制造生产材料的应用以及质量控制过程等进行综合分析，在抗腐蚀、抗变形等分析与处理的基础上，对柱塞式注水泵易损件的阀芯、弹簧等质量进行检验，通过质量评估与分析处理，提高柱塞式注水泵易损件的综合质量。在易损件质量评估与分析处理的过程中，可在生产工艺与质量检验的基础上，对组织结构以及易损件应用的质量要求等进行评估，在组合阀质量评估与故障处理的前提下，保证易损件的整体应用水平。最后，在对易损件的应用方式、技术分析过程等进行调整中，可在易损件质量要求，采用抽检与定期检验的方式，对易损件的材料成分、质量变化等进行审核，如果存在质量不达标的情况，则需要对易损件的综合应用与生产技术应用等进行优化，进一步提高柱塞式注水泵易损件的制造与生产质量。

3.3 加工、装配对易损件寿命的影响

加工要保证配合圆柱体间的同轴度，在实际应用中，两零件连接断面的垂直度，装配过程中，零部件要保证清洁、无毛刺。如果零件相关联尺寸的公差不满足柱塞式注水泵的要求，则会出现连接件不同轴的情况，影响密封效果。盘根的组合方式不同，对易损件的寿命也会产生直接的影响，盘根与导向套加装数量以及方式等存在差异性，影响盘根在柱塞式注水泵中的使用寿命。在机械工程的流体密封中，软盘根对旋转轴以及往复式活塞杆的密封是通过轴向压缩的方式，导致压力出现径向膨胀的情况，影响密封处理效果。

4 延长柱塞式注水泵易损件寿命的有效措施

4.1 易损件的防腐处理

柱塞式注水泵易损件的使用寿命分析，可通过防腐处理工艺的应用，对柱塞、十字头等易损件运动过程进行防腐处理，避免外部颗粒粉尘等对柱塞式注水泵易损件的使用寿命产生直接的影响。在防腐处理的过程中，可通过激光熔覆技术的应用，对柱塞式注水泵易损件的表面进行防腐处理，改善易损件表面的耐磨性、耐热性以及抗氧化性，进一步提高柱塞式注水泵易损件的抗腐蚀特性。

在利用激光溶技术，提高快速凝固处理过程，提高柱塞式注水泵易损件的处理水平。激光熔覆工艺在实际应用中，可对易损件的磨损进行修复，并延长柱塞的使用寿命。

4.2 正确选择组合阀材料与结构

柱塞式注水泵的阀组材料选择要考虑防腐蚀问题，考虑输送介质、排出压力等因素对阀组材料质量所产生的影响，对提高柱塞式注水泵易损件的质量有积极作用。此外，还需要从材料硬度的角度进行分析，可以选择泵阀材质2Crl3、3Crl3阀板为尼龙、聚甲醛、改性工程塑料等，可提高阀组材料的综合应用水平。输送介质油田污水矿化度比较高，在不含砂的情况下，泵阀材质都可以选择非金属阀板、阀芯等。输送介质油污污水含合理、含砂的状态下，可安装过滤器，并保持有足够的流通面积，保证流量的同时，提高柱塞式注水泵易损件的综合处理水平。

4.3 正确选择盘根材料与组合方式

在边界润滑状态下，盘根摩擦大、温度高、磨损快，在静压润滑状态下，液膜厚、泄漏大，密封性能比较差，对柱塞式注水泵的盘根结构应用会产生直接的影响。因此，正确选择盘根密封材料，对提高柱塞式注水泵的密封处理效果方面有积极作用。从柱塞式注水泵的介质性质、工作温度、工作压力、运动速度、材料性能等角度对密封材料的选择进行分析，根据密封介质的pH值选择合适的密封材料，可提高盘根在柱塞式注水泵运行中的应用效果。从盘根组合方式的角度进行分析，柱塞组件在密封处理的过程中，可通过盘根提供的定位点，对导向套与盘根之间的组合进行设计，提高盘根的使用寿命与应用水平。

4.4 正确选择柱塞的材料与结构

结合柱塞式注水泵柱塞结构处理，在柱塞材料分析与处理中，可以利用陶瓷烧结工艺以及离子喷涂的方式，提高柱塞的韧性，满足柱塞式注水泵运行控制需求。在含有颗粒污水介质中，可通过复合金属涂层的方式，提高柱塞材料的应用水平。从柱塞联接结构的角度分析，可在硬联接处理的基础上，提高柱塞与十字头之间的同心度，并提高柱塞联接水平。

4.5 泵总体结构的装配与运行

结合柱塞式注水泵的总体应用方式，对柱塞与导向套、柱体、十字头缸孔装配间隙进行处理，可提高柱塞式注水泵易损件的使用寿命。根据泵总体的结构与运行方式，优化泵的运行特性，并对柱塞直径、行程长度、往复次数、液缸数等角度进行控制，合理选择泵柱塞的线速度，并对柱塞、填料的磨损进行控制，对提高柱塞式注水泵总体的装配水平与运行稳定性等方面有积极作用。结合注水泵的实际运行情况，可对柱塞线速度、压力、黏度、进口供液条件、介质选择等进行调整，提高柱塞式注水泵的综合运行水平。与此同时，还需要结合柱塞式注水泵的运行情况，对泵体的运行状态进行控制，在更换润滑油的过程中，可通过动力控制，提高柱塞式注水泵的应用水平。最后，柱塞式注水泵的十字头在运动的过程中，考虑支撑力、摩擦力、惯性力、推力对十字头质量所产生的影响，所以，柱塞式注水泵易损件的应用维护，则需要针对十字头的实际应用情况，对散热装置以及摩擦处理等进行优化，在减少十字头摩擦力的基础上，通过十字头的润滑以及热量控制，可提高柱塞式注水泵易损件的应用安全性与稳定性。

5 结语

结合柱塞式注水泵的运行原理，在对柱塞式注水泵的实际运行情况进行研究与分析，分析柱塞式注水泵易损件的失效原因，并通过对易损件材料的选择与质量控制，可以延长柱塞、导向套等易损件的使用寿命。在对柱塞式注水泵易损件的处理过程进行分析中，根据现场介质情况，选择不同材质填料与工艺的柱塞、阀组，能够提高易损件寿命。通过密封结构型式与优化盘根组合方式，提高柱塞、盘根的使用寿命。柱塞可通过软连接的方式，提高柱塞、盘根使用寿命。根据柱塞式注水泵的不同工况，合理选择阀板材料，提高易损件的应用水平。