3MDP160型液压隔膜往复泵研制与应用

　　针对柱塞式往复泵在油井注水应用中出现柱塞与密封填料容易磨损、泄漏量大、维修频繁、运行成本高等问题，研制了一种液压隔膜式往复泵。泵液力端介质腔的结构采用创新技术，可以快速检测或更换膜片。现场应用表明：该装置输送物料零泄漏，柱塞与密封填料使用寿命超过12000h；具有节能、环保、维修方便的特点和较好的推广应用前景。

　　油田为了提高采收率，需要采用注水工艺。根据目前的技术水平，注水设备一般选用高压柱塞式往复泵，因所注的水中含有多种化学药剂和杂质，具有一定的腐蚀性。柱塞式往复泵的柱塞及其密封填料直接与所注水质接触，在高压工况下极易磨损造成介质外泄。在日常生产中，操作人员不断地采用压紧柱塞填料来减小泄漏量。由填料密封原理可知，填料压紧力越大摩擦力越大，磨损越快。业内对上述工况下柱塞和填料更换时间的规定是不低于1　000h。经对长庆油田第二采油厂注水泵调研统计，柱塞和密封填料更换时间在800～1300h，平均每台泵每年更换柱塞填料8～9次，工作量非常大，运行成本较高。针对以上问题，研制了3MDP160型液压隔膜式往复泵。该型号泵的柱塞与密封填料的使用寿命超过12　000h，正常情况下膜片的使用寿命在10　000h以上，实现了长期连续稳定运行。

1、结构

　　3MDP160型液压隔膜式高压往复泵主要由动力端、液压油管、液力端、排液单向阀、排液管、进液单向阀、进液管、底座组合而成，如图1所示。其主要部件———液力端由柱塞、柱塞填料、液缸体、膜片、进排液单向阀、嵌入式泵头、泵头护膜板等部件组成，如图2所示。

1—动力端；2—液压油管；3—液力端；4—排液单向阀；5—排液管；6—进液管；7—进液单向阀；8—底盘

图1　3MDP160型液压隔膜式高压往复泵结构

2、工作原理

　　电动机驱动曲轴运转，通过连杆、中间杆使柱塞往复运动，产生的高压液体通过液压油管进入到液压腔，推动膜片前后挠曲变形。当柱塞向左运动时，膜片向左挠曲变形，介质腔体积增大，产生负压，在负压作用下排液单向阀关闭，进液单向阀开启，介质经缸体导流孔、导流槽、放射状导流孔、环状导流孔进入介质腔。当柱塞运行至左止点时，进液过程完成。柱塞向右运运时，膜片向右挠曲变形。介质腔体积减小，产生正压，进液单向阀关闭，排液单向阀开启，介质经排液单向阀排出。柱塞运动至右止点时，排液过程完成。如此往复循环，介质被连续定向输出。

　　3MDP160型液压隔膜式高压往复泵液力端结构如图2。

1—柱塞；2—密封填料；3—液缸体；4—液压腔；5—膜片；6—介质腔；7—排液单向阀；8—外接管道；9—组合密封件；10—嵌入式泵头；11—泵头螺栓；12—泵头护膜板；13—护膜板弹簧；14—环状导流孔；15—放射状导流孔；16—导流槽；17—缸体导流孔；18—进液单向阀

图2　液力端结构

3、主要技术参数

　　额定流量20m³/h；额定压力20MPa；泵冲次220min^-1；电机功率132kW；使用温度-20～70℃；

4、创新技术

　　1)采用液力端与动力端相对独立的结构布局，使得同一型号的动力端可以配置多种规格的液力端。液力端布局灵活、多变，可排成一字形、U 字形等。对柱塞及填料进行后期维护时，不再需要拆卸油缸，只需拧开油管与柱塞套管即可，降低了维修难度，节约了大量的人工成本。

　　2)采用了快速更换膜片的液力端结构，在检查或更换膜片时，不用再拆卸进出口单向阀组及进出口管件，只要将嵌入式泵头螺栓卸下，抽出泵头即可。

　　3)采用了泵头护膜板技术，使得膜片的使用寿命达10000h以上。其原理是在泵头部位设置1个圆形沉孔，沉孔底部设置泵头护膜板。膜片工作时，护膜板在弹簧的作用下始终托着膜片一起运动。吸液过程护膜板开启，排液过程护膜板关闭，当介质排净时护膜板完全关闭，覆盖住沉孔、导流孔，使泵头腔体形成一个光滑连续的曲面，膜片依附在该光滑连续的曲面上，在高压工况下确保膜片不受损伤。

　　4)柱塞及其密封填料与介质隔开，浸没在液压油中，得到充分的润滑冷却，摩擦力很小，使用寿命超过12000h。

5、现场应用

　　从2009-06开始，分别在长庆油田元城作业区、盐池作业区应用，该泵完全能满足油井注水工艺要求，取得了良好的效果。

　　1)泵运行平稳，介质无泄漏，泵房内干净无异味。

　　2)柱塞、密封填料从易损件变成经久耐用的零部件，降低了维修工作量。

　　3)每年仅更换柱塞和密封填料的材料费就可节省约￥3万元。

6、结论

　　1)液压隔膜式往复泵采用创新技术后，性能安全、可靠，完全能满足油井注水工艺要求。

　　2)该装置结构新颖、合理，具有运行稳定可靠、无泄漏、使用维护方便、运行成本低等特点，具有较好的推广应用前景。