单螺杆泵万向节结构图 单螺杆泵万向节的改进与现场应用
摘 要：单螺杆泵担负着将聚合物溶液从配液站输送到注入站的任务，属于连续不间断运转设备。其运转性能直接关系到注聚质量的高低。其中万向节的工作状况对外输泵的优质高效运行起着决定性的作用。通过对注聚用单螺杆外输泵损坏情况的统计和分析，以及对万向节主要损坏部件原因分析，对相应的问题提出了改进方法，并进行了实际操作，对改进后的使用效果进行了跟踪，确定改进后的使用价值与经济效益。对降低单螺杆泵的维修成本、提高注聚质量有着重要意义。
关键词：聚合物驱；单螺杆泵；万向节；改进
1 单螺杆外输泵在注聚生产中的作用
在聚合物驱中，单螺杆泵是将一定浓度的聚合物溶液从配液站输送到注入站的一次升压设备。其运转性能直接关系到注聚质量的高低，因此如何保证泵的高效运行就成为管理中的一项重要工作。万向节的工作状况对单螺杆外输泵优质运行起着决定性的作用。加强单螺杆外输泵的日常维护、保养是提高其性能的有效措施，也是注聚生产工作的重要组成部分。提高单螺杆泵的性能的同时也大大提高了注聚时率[1]。
2 单螺杆外输泵的主要损坏部位及原因
2.1单螺杆外输泵损坏的影响
单螺杆泵主要由动力系统、传动系统、泵体三大部分组成（图1）。
图1 单螺杆泵示意图
为保证母液连续注入，在用的外输泵处于24小时连续高效运转状态，当在用泵出现泵效不足、排量较低、部件损坏等故障时就必须启用备用泵替代运转，并对损坏的外输泵进行及时修理，以保障注聚时率。现场单螺杆外输泵频繁出现故障就无法保证聚合物母液连续注入，从而降低区块注聚效果；更换外输泵配件频繁，增加了维修成本，职工劳动强度也随之增大。
2.2单螺杆泵的主要损坏部位
由于单螺杆泵的运转特性，易损部位为泵体部分，泵体主要由泵壳、万向节、中间轴、转子及定子组成。通过对2009年单螺杆泵维修统计表（表1），发现单螺杆泵的主要损坏部位多存在于泵体。2009年泵体的维修发生了36次，占整个单螺杆泵维修次数的80%。
表1 2009年单螺杆泵维修统计表
从万向节组成来看，一套万向节主要由两个拨叉、一个十字轴、四个轴套、一个橡胶皮套等组成（图3）。两组万向节通过中间轴相连接，统称为万向联轴节；万向联轴节（图4）位于单螺杆泵腔内，一端连接传动系统，另一端连接转子，其作用是传递动力和调整转子偏心距。
为了进一步确认维修工作量的发生，对18套损坏的单螺杆泵万向节使用寿命做了调查统计，通过统
计（表2）可以看出各个外输泵每年更换的万向节数量。
表2 注聚一站年损坏万向节情况统计
3 万向节损坏原因及存在问题
对2009年损坏的万向节进行了调查后发现，其损坏的部位主要集中在十字轴轴头和拨叉顶部。其主要原因是密封失造成轴、套磨损加速，最终导至拨叉损坏。针对这几方面进行了实际测量与详细的分析：
（1）密封失效的原因
在外输泵电机的带动作用下，万向节在单螺杆泵腔内频繁变向运动（137r/min）其作用主要是传递动力和调整转子偏心距。单螺杆泵采用橡胶皮套对万向节进行密封，是为了防止万向节与聚合物溶液直接接触。橡胶皮套两端固定在拨叉密封槽内，受单螺杆泵运转特性的影响，橡胶皮套中部长时间反复拉伸弯折，从而引起疲劳断裂，造成密封失效。由于橡胶皮套破损，导致聚合物溶液浸入，润滑脂失效，起不到润滑作用。
（2）轴、套磨损加速原因
密封失效以后受聚合物溶液（PH值7.5-8.5）腐蚀的影响，容易导致万向节部件因锈蚀而损坏,由于聚合物溶液粘度大（4200mPa·s）输送距离远（3km），造成外输压力高（1.1MPa），导致万向节运转扭矩大，易损坏。在万向节运动过程中，轴与轴套之间是滑动摩擦（滑动摩擦系数是0.05-0.1），特别在润滑脂失效后，加剧了轴、套间的磨损，间隙增大[2]。
（3）万向节拨叉损坏原因分析
对未磨损的万向节进行了现场实际测量，得出两个拨叉之间的装配间隙为5mm，其最大允许偏转角度为5°，对其相关数据进行了计算。
b1=75mm bb1=33mm a1b=5mm oa=ob
a1a=5mm（测量得出的数据）
ab=■=■=7.07mm
ob=■ = ■=81.94mm
cosα=■=■=0.9963
α=arccosα=arccos0.9963= 4.95°
通过计算，得出以下数据信息：万向节拨叉的装配间隙最大是5mm，在此间隙下，拨叉能发生的最大位移是7.07mm，转换角度为4.95度。而万向节受装配间隙的限制，十字轴与轴套发生磨损，配合间隙超过0.08mm，将导致万向节转向角度发生变化，至使拨叉发生碰撞。
由此可以看出，万向节的损坏主要是因为其设计上存在缺陷，在这一问题存在的情况下，橡胶皮套极易损坏。橡胶皮套的损坏导致密封不严，聚合物溶液浸入，造成轴、套间润滑脂失效，加快了轴、套的磨损速度，进而造成万向十字轴与轴套间隙增大，拨叉运动位置发生改变，拨叉间相互撞击，致使拨叉顶部断裂。
4 万向节的改进方法及实际应用
4.1改进方法
通过对万向节拨叉的损坏原因分析，针对其存在的问题对万向节实施了相应的改进。
（1）更改密封方式
由于橡胶皮套破损，导致聚合物溶液浸入，润滑脂失效，起不到润滑作用。而万向节的润滑部位在十字轴的轴端，根据潜水泵电机防护原理，认为采用油封密封轴端，可防止溶液进入到轴套内造成润滑脂失效。
（2）降低轴、套间磨擦
在万向节运动过程中，轴与轴套之间是滑动摩擦（滑动摩擦系数是0.05-0.1），特别在润滑脂失效时，加剧了轴、套间的磨损，间隙增大。借鉴载重汽车驱动系统的万向传动装置原理，将轴套改为滚针轴承，降低摩擦系数（滚动摩擦系数是0.001-0.005）[3]。