針對(duì)柱塞式往復(fù)泵在油井注水應(yīng)用中出現(xiàn)柱塞與密封填料容易磨損、泄漏量大、維修頻繁、運(yùn)行成本高等問題，研制了一種液壓隔膜式往復(fù)泵。泵液力端介質(zhì)腔的結(jié)構(gòu)采用創(chuàng)新技術(shù)，可以快速檢測(cè)或更換膜片。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：該裝置輸送物料零泄漏，柱塞與密封填料使用壽命超過12000h；具有節(jié)能、環(huán)保、維修方便的特點(diǎn)和較好的推廣應(yīng)用前景。

　　油田為了提高采收率，需要采用注水工藝。根據(jù)目前的技術(shù)水平，注水設(shè)備一般選用高壓柱塞式往復(fù)泵，因所注的水中含有多種化學(xué)藥劑和雜質(zhì)，具有一定的腐蝕性。柱塞式往復(fù)泵的柱塞及其密封填料直接與所注水質(zhì)接觸，在高壓工況下極易磨損造成介質(zhì)外泄。在日常生產(chǎn)中，操作人員不斷地采用壓緊柱塞填料來減小泄漏量。由填料密封原理可知，填料壓緊力越大摩擦力越大，磨損越快。業(yè)內(nèi)對(duì)上述工況下柱塞和填料更換時(shí)間的規(guī)定是不低于1　000h。經(jīng)對(duì)長慶油田第二采油廠注水泵調(diào)研統(tǒng)計(jì)，柱塞和密封填料更換時(shí)間在800～1300h，平均每臺(tái)泵每年更換柱塞填料8～9次，工作量非常大，運(yùn)行成本較高。針對(duì)以上問題，研制了3MDP160型液壓隔膜式往復(fù)泵。該型號(hào)泵的柱塞與密封填料的使用壽命超過12　000h，正常情況下膜片的使用壽命在10　000h以上，實(shí)現(xiàn)了長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

1、結(jié)構(gòu)

　　3MDP160型液壓隔膜式高壓往復(fù)泵主要由動(dòng)力端、液壓油管、液力端、排液單向閥、排液管、進(jìn)液單向閥、進(jìn)液管、底座組合而成，如圖1所示。其主要部件———液力端由柱塞、柱塞填料、液缸體、膜片、進(jìn)排液單向閥、嵌入式泵頭、泵頭護(hù)膜板等部件組成，如圖2所示。

1—動(dòng)力端；2—液壓油管；3—液力端；4—排液單向閥；5—排液管；6—進(jìn)液管；7—進(jìn)液單向閥；8—底盤

圖1　3MDP160型液壓隔膜式高壓往復(fù)泵結(jié)構(gòu)

2、工作原理

　　電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)，通過連桿、中間桿使柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的高壓液體通過液壓油管進(jìn)入到液壓腔，推動(dòng)膜片前后撓曲變形。當(dāng)柱塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，膜片向左撓曲變形，介質(zhì)腔體積增大，產(chǎn)生負(fù)壓，在負(fù)壓作用下排液單向閥關(guān)閉，進(jìn)液單向閥開啟，介質(zhì)經(jīng)缸體導(dǎo)流孔、導(dǎo)流槽、放射狀導(dǎo)流孔、環(huán)狀導(dǎo)流孔進(jìn)入介質(zhì)腔。當(dāng)柱塞運(yùn)行至左止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)液過程完成。柱塞向右運(yùn)運(yùn)時(shí)，膜片向右撓曲變形。介質(zhì)腔體積減小，產(chǎn)生正壓，進(jìn)液單向閥關(guān)閉，排液單向閥開啟，介質(zhì)經(jīng)排液單向閥排出。柱塞運(yùn)動(dòng)至右止點(diǎn)時(shí)，排液過程完成。如此往復(fù)循環(huán)，介質(zhì)被連續(xù)定向輸出。

　　3MDP160型液壓隔膜式高壓往復(fù)泵液力端結(jié)構(gòu)如圖2。

1—柱塞；2—密封填料；3—液缸體；4—液壓腔；5—膜片；6—介質(zhì)腔；7—排液單向閥；8—外接管道；9—組合密封件；10—嵌入式泵頭；11—泵頭螺栓；12—泵頭護(hù)膜板；13—護(hù)膜板彈簧；14—環(huán)狀導(dǎo)流孔；15—放射狀導(dǎo)流孔；16—導(dǎo)流槽；17—缸體導(dǎo)流孔；18—進(jìn)液單向閥

圖2　液力端結(jié)構(gòu)

3、主要技術(shù)參數(shù)

　　額定流量20m³/h；額定壓力20MPa；泵沖次220min^-1；電機(jī)功率132kW；使用溫度-20～70℃；

4、創(chuàng)新技術(shù)

　　1)采用液力端與動(dòng)力端相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)布局，使得同一型號(hào)的動(dòng)力端可以配置多種規(guī)格的液力端。液力端布局靈活、多變，可排成一字形、U 字形等。對(duì)柱塞及填料進(jìn)行后期維護(hù)時(shí)，不再需要拆卸油缸，只需擰開油管與柱塞套管即可，降低了維修難度，節(jié)約了大量的人工成本。

　　2)采用了快速更換膜片的液力端結(jié)構(gòu)，在檢查或更換膜片時(shí)，不用再拆卸進(jìn)出口單向閥組及進(jìn)出口管件，只要將嵌入式泵頭螺栓卸下，抽出泵頭即可。

　　3)采用了泵頭護(hù)膜板技術(shù)，使得膜片的使用壽命達(dá)10000h以上。其原理是在泵頭部位設(shè)置1個(gè)圓形沉孔，沉孔底部設(shè)置泵頭護(hù)膜板。膜片工作時(shí)，護(hù)膜板在彈簧的作用下始終托著膜片一起運(yùn)動(dòng)。吸液過程護(hù)膜板開啟，排液過程護(hù)膜板關(guān)閉，當(dāng)介質(zhì)排凈時(shí)護(hù)膜板完全關(guān)閉，覆蓋住沉孔、導(dǎo)流孔，使泵頭腔體形成一個(gè)光滑連續(xù)的曲面，膜片依附在該光滑連續(xù)的曲面上，在高壓工況下確保膜片不受損傷。

　　4)柱塞及其密封填料與介質(zhì)隔開，浸沒在液壓油中，得到充分的潤滑冷卻，摩擦力很小，使用壽命超過12000h。

5、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

　　從2009-06開始，分別在長慶油田元城作業(yè)區(qū)、鹽池作業(yè)區(qū)應(yīng)用，該泵完全能滿足油井注水工藝要求，取得了良好的效果。

　　1)泵運(yùn)行平穩(wěn)，介質(zhì)無泄漏，泵房內(nèi)干凈無異味。

　　2)柱塞、密封填料從易損件變成經(jīng)久耐用的零部件，降低了維修工作量。

　　3)每年僅更換柱塞和密封填料的材料費(fèi)就可節(jié)省約￥3萬元。

6、結(jié)論

　　1)液壓隔膜式往復(fù)泵采用創(chuàng)新技術(shù)后，性能安全、可靠，完全能滿足油井注水工藝要求。

　　2)該裝置結(jié)構(gòu)新穎、合理，具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、無泄漏、使用維護(hù)方便、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，具有較好的推廣應(yīng)用前景。