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产品知识

泥浆泵的易损件及影响其寿命的主要因素




 泥浆泵工作条件恶劣,是钻探设备中的一一个薄弱环节。 在实际生产中,因为泵出事故或损坏而停钻几乎每天可以遇到。在石油钻井中曾有人作过统计:当钻身为2500M时,有28.4%的每天支出费用花在钻井泵上,有49.3%的钻井没备修理工时是用在修理钻井泵上。而钻井泵的事故绝大多数是由于易损件损坏造成的。

泥浆泵

  据统计,苏联1970年钻井总进尺为1382万米,而消耗缸套达89200件、活塞175000件、阀238000套。胜利油田1972年73台钻机统计,钻井泵7项易损件总消耗157万元,其中阀58万元、活塞27万元、缸套30万元、拉杆及盘根等42万元。由此可见:研究易损件的破坏机理及其寿命的影响因素,从而提高易损件寿命和工作可靠性,对于减少人力、物力消耗、提高钻进效率、降低成本有十分重要的意义。这对钻探设备的设计来说也是一一个关键问题。 实 践表明:对于不同型式的钻井泵即使同-一种易损件其使用寿命也不相同,就是同一台泵、同- -种易损件,经过改进与未经改进的寿命也不相同。这就说明,在充分认识各种因素对易损件寿命的影响之后,经过结构、材质及加工工艺方面的改进,易损件的寿命是可以提高的。

  泥浆泵易损件主要包括缸套、活塞(或柱塞及其盘根)、阀和阀座、活塞杆及其盘根等。都是往复运动件及其密封摩擦副的对磨零件,它们有两个共同特点:一是对磨零件是弹性体,它可以变形;二是在工作过程中承受着一定的压力差 。

  因此它与两个刚性零件形成的摩擦副不同,其摩擦和磨损规律的研究更困难。

  1、易损件的正常磨损

  泥浆泵所输送的冲洗液中,常常含有大量磨砺性颗粒,有时高达5-10%,颗粒直径有的达到1.5-2.0mm, 其微观硬度达到180-230。当易损件在往复运动中,由于压差的作用楔状液流夹带着颗粒侵入摩擦接触表面,从而使密封件或刚性件产生划痕或刻槽长期的结果,易损件失去正常工作能力。因此易损件正常磨损一-般均沿摩擦副零件的圆周形成与往复运动方向一致的沟槽,有的地方还可看到液流冲蚀的痕迹。在摩擦副的弹性零件与刚性零件.上沟痕往往凸凹对应。

  对于摩擦副中弹性零件来说,由于摩擦副接触表面光洁度不理想及磨砺性颗粒的侵入,在往复运动产生摩擦阻力,且随着工作压力加大,阻力也增加,部分能量转变为热能,是摩擦副零件接触表面温度升高,而弹性橡胶的传热系数很低,是热量集中在橡胶件的表层,从而导致橡胶加速老化,直至丧失弹性不再具有密封性能。

  泥浆泵通过曲柄连杆传动,因此活塞在缸套内运动速度是变化的,沿缸套轴向π磨损的程度也不同。实验表明,当曲柄转角φ =_和7时,也即是在缸套的中部,活塞运动速度更大,在同- -摩擦力作用下,此时消耗的摩擦功更大。因此,这一段缸套的磨损量更大,越接近活塞的左右死点,活塞运动速度越小,直至为零。从缸套横截面看因为沙粒在泥浆中的自由下落速度为0.17-2.25m/s ,而泵送泥浆运动速度为0-0.75m/s, 所以沙粒不易处于悬浮状态,加上沙粒的密度往往较大,常常沉积到缸套下方,这就形成在曲柄转角处磨损量更大。当此处--旦被磨损形成微小间隙,高压液流则从中刺过,大大加速磨损。

泥浆泵

  阀和阀座的破坏:大量分析结果表明,阀的寿命主要取决于阀密封的工作性能,因此阀的损坏报废主要由于橡胶密封过早破坏,从而使阀和阀座工作表面出现微小缝隙,这时带磨砺性颗粒的高压液流,从小缝隙刺蚀阀的工作表面,使它破坏。其过程大致可以这样来描述。当泥浆泵工作时,动载荷多次作用在阀上,是磨砺性颗粒牢固的嵌入阀盘和阀座的工作表面,阀盘和阀座的工作表面的金属层长生局部塑性变形,结果形成不同程度的凹痕。在阀盘和阀座再次接触时,又有些磨砺性颗粒的对这已经形成的凹痕,使它加深,扩大。如此多次重复的结果,使有的金属层表面局部撕裂和弹性剥落,更后造成阀和阀座的破坏据实际统计资料说明:由于橡胶密封圈破坏而报废的阀盘,占阀盘总报废数的85%,这种原因破坏的阀盘都出现沟槽;由于冲击动载荷作用下磨砺性磨损而破坏的阀座,占阀座报废总数的70%,这种原因破坏的阀座,工作表面上出现环形磨痕。

  2、泥浆泵易损件的非正常损坏

  由于摩擦副中,活塞座,活塞衬套于缸套之间,拉杆与盘根套筒之间间隙过大,皮碗或密封唇部在高压下被挤入间隙内,长期反复作用的结果,将皮碗或密封的唇部撕裂。为此活塞采用尼龙衬套,当承受高压时,尼龙衬套或间隔套将适当胀大,使对磨零件间的间隙缩小,不使皮碗或密封唇部挤入。易损件的结构、加工制造质量与装配公差;材料性能;摩擦副的润滑;泵所输送介质的排量,压力,温度,化学性质,介质中所含磨砺性颗粒的性质,形状,大小,多少;维修,保养,包装,运输及储存等工作性质的好坏等都是影响易损件寿命的主要因素,因此设计时要特别注意。

  对泥浆泵来说,泥浆中的沙粒含量是很关键的因素,因此要求吸入泵之前的泥浆需要经过很好的净化处理。



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