关键词:高压注水泵;设计;匹配;定位
Technica l Transforma tion of Veh icle with HSTJ5140TGJ30High - pressureWater Injection Pump.
Abstract: In technical transformation of SNG - H300 high - pressure water injection pump, LT3404 horizontal 3 – cylinder single - action plunger pump substitutes original 2 - cylinder double - action p iston pump to imp rove technical performances and reliability and increase economic efficiency.
Key words: high - pressure water injection pump; design;match; positioning
1 选题理由
汽车管理大队原有HSTJ5140TGJ30高压注水泵车5台,配备SNC - H300高压注水泵, 该泵是双击双作用式二缸活塞泵,通过活塞往复运动产生高压。该泵于1996年购置,外表已严重锈蚀,液压元件磨损,橡胶密封件老化,漏油漏水严重,液力端密封圈经常窜水, 最高工作压力不足10MPa (原设计30MPa) ,导致高压井注水困难,故障率达30%,严重影响了正常作业,无法满足生产需要。SNC - H300高压注水泵虽属淘汰泵型,但从技术经济角度考虑,可进行技术改造,以提高技术性能和工作可靠性,满足采油厂原油生产需要,建议用“LT3404卧式三缸单作用柱塞泵”代替原有的双击双作用式二缸活塞泵。
2 两种泵的技术性能对照
2. 1 LT3404三缸柱塞泵的技术性能
2. 1. 1 技术性能
a. 三缸柱塞泵总体分为动力端和液力端,动力端由取力装置和偏心曲轴组成。
b. 三个偏心轮中心互差120°,致使柱塞运动互差1 /3个周期,保证了柱塞在整个运动周期所产生的压力和排量是恒定的。三缸柱塞泵工作压力可达35 MPa。
c. 液力端采用三缸、三泵头形式,泵头自
身定位,工作、维修简单易行。柱塞密封采用耐压、耐腐蚀的合成橡胶制成,能很好防止泄压和窜水,使工作压力稳定。d. 泵的润滑分别由动力端、液力端各自润滑,从而增强了设备的精度及耐用度。两个润滑油泵由LT3404三缸柱塞泵的减速齿来提供动源。
e. 该泵自带减速机构,曲轴前端有一对减速齿,减速比为3. 9。
2. 1. 2 技术参数
LT3404三缸柱塞泵的技术参数见表1。
2. 2 SNC - H300高压注水泵的技术性能
2. 2. 1 技术性能
a. 该泵减速机构主要由蜗轮、蜗杆构成,变速范围小。
b. 动力端为蜗轮、蜗杆。
c. 液力端为二缸双击双作用活塞,泵效率低于80%。
d. 活塞是橡胶件,寿命短,易损。
2. 2. 2 技术参数
当前正在使用的SNC - H300高压注水泵的技术参数见表2。
3 改造需解决的技术问题
3. 1 发动机的功率匹配问题
原车配置“东风康明斯6BT - 118—01”发动机,发动机功率为118 kW。LT3404卧式三缸单作用柱塞泵的柱塞直径为95 mm,柱塞冲程为160 mm。“水功率”计算公式:P = F•Q /612式中, P为水功率, F 为压力, Q 为排量, 612 为系数。由F = 35 MPa,Q = 142 L /min,得出一档“水功率”为: P = 35 ×10 ×142 /612 = 81. 20 ( kW) 。“储备功率”等于发动机功率减去水功率。
各档“水功率”见表3 (计算得出) 。由计算可知,各档运行时,发动机都有一定的储备功率,原车发动机完全可以作为“LT3404三缸柱塞泵”的动力源。
3. 2 变速箱的匹配问题
HSTJ5140TGJ30高压注水泵车使用的是A1211700B13 - 010 五速变速箱,此变速箱有5个前进挡和1个倒档。各档减速比见表4。一档冲次计算(发动机计算转速2 100 r /min)为:冲次=发动机转速÷变速箱速比÷取力箱速比÷三缸泵速比= 2100 ÷7. 31 ÷1. 912 ÷3. 9 = 39 (次/min)各档计算冲次见表5。
通过计算,各档虽有一定冲次误差,但发动机的转速范围较宽,完全可以抵消冲次误差。换泵后,
用原车变速箱完全可以。
3. 3 取力箱的配备
3. 3. 1 传动位置要求
变速箱与取力箱之间的传动轴、变速箱与后桥之间的传动轴、取力箱与泥浆泵之间的传动轴,轴与水平线之间的夹角均应在0～13°范围内。
3. 3. 2 传动方向要求
泥浆泵曲轴的旋转方向:顺时针方向。取力箱处的传动路线见图1。泥浆泵曲轴的前端有一对减速齿,若保证泥浆泵的曲轴按顺时针方向旋转,取力箱应为四轴,即通过三对齿啮合换向。
3. 3. 3 传动系统减速要求
变速箱、取力箱、泥浆泵减速齿,三者的总传动比满足泥浆泵设计冲次要求。
3. 3. 4 扭力要求
能够承受泥浆泵设计压力35 MPa时的扭力。通过分析,选取“四轴三级宽斜齿取力箱”,减速比为1. 912。原取力箱为三轴,不能使用。
3. 3. 5 传动轴的设计及改制
改造安装工作中,两根轴需重新设计制造:一是变速箱到取力箱之间的传动轴;二是取力箱到大泵之间的传动轴。二轴的扭力要求为8 000～10 000 N•M。通过计算得知两轴可以相同。
3. 3. 6 各部件的定位
3. 3. 6. 1 取力箱的定位
● 变速箱与取力箱之间的传动定位该项定位是整个设备装配的关键,以变速箱输出轴为基准,保证变速箱与取力箱之间的传动轴与水平面的夹角在0～13°之内。
● 取力箱与LT3404卧式三缸柱塞泵之间传动的定位以取力箱为基准, 保证取力箱的输出轴与LT3404三缸泵的输入轴之间夹角在0 ～13°之内。
3. 3. 6. 2 LT3404卧式三缸柱塞泵的定位
保证取力箱的输出轴与LT3404三缸泵的输入轴之间夹角在0～13°之内,并且使三缸泵的重心在汽车的承载重心内,保证汽车正常行驶。
3. 3. 6. 3 吸入、排出管线的布局
吸入管线的布局: 左侧布局,流程短,易盘管。排出管线布局:左侧布局,流程短,结构简单。吸入管线配备放水阀,排出管线配备放压阀。
4 改造后使用效果分析
a. 改造后,通过一段时期的上井工作,泵压、排量都达到了设计要求,性能稳定,故障率大大降低,
工作效率提高了40%。
b. 该泵设计合理,传动机构改造时布局合理,工作时的传动噪声及运动噪声比改造前降低20 db。
5 改造后技术经济效益分析
5. 1 改造费用
a. 单台设备改造费: 350型卧式三缸柱塞泵改造费为22元,取力箱为4万元, 传动轴为0. 6万元,
改装费2万元,合计28. 6万元。
b. 5台设备改装费为143万元。
5. 2 节约直接投资费用
利用了原车底盘、发动机、变速箱,比购置新车每台可节约25万元,五台共节约125万元。
5. 3 改装后效益
a. 改造后,生产效率可提高35% ,年可增产原油4 000 t,每年直接创收1 200万元。
b. 按照工艺要求完成施工作业,有利于油井完好,保持油井良好产能,对油井稳产具有良好促进作
