壓裂泵車是油田實(shí)施壓裂酸化作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，壓裂泵車中的液壓系統(tǒng)是保證其正常工作的關(guān)鍵系統(tǒng)，而在現(xiàn)場(chǎng)施工中，經(jīng)常會(huì)遇到液力變矩器油液變質(zhì)而使?jié)櫥到y(tǒng)不能正常工作的問題，嚴(yán)重影響著酸化壓裂施工的連續(xù)性，同時(shí)油液的變質(zhì)也使得液力變矩器壽命縮短?；诖?，本文以四機(jī)廠生產(chǎn)的TYL105型酸化壓裂泵車為例，在充分的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其液壓系統(tǒng)提出了改進(jìn)措施，以期改善其運(yùn)行狀態(tài)。
    壓裂泵車是油田實(shí)施壓裂酸化作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，其主要作用是利用壓裂泵車將攜帶有支撐劑的壓裂液打入儲(chǔ)層，在儲(chǔ)層中撐開人工裂縫而形成原有通道，從而提高油井產(chǎn)量。在壓裂泵車中液壓系統(tǒng)是保證其正常工作的關(guān)鍵系統(tǒng)，在施工作業(yè)時(shí)，臺(tái)上柴油機(jī)通過液力變矩器和萬向軸驅(qū)動(dòng)減速器，將動(dòng)力傳遞給柱塞，同時(shí)從液力變矩器取力而驅(qū)動(dòng)液力端和動(dòng)力端潤(rùn)滑油泵，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的潤(rùn)滑。而在現(xiàn)場(chǎng)施工中，經(jīng)常會(huì)遇到液力變矩器油液變質(zhì)而導(dǎo)致潤(rùn)滑系統(tǒng)難以正常工作的問題，使壓裂作業(yè)被迫中斷，嚴(yán)重影響了酸化施工的連續(xù)性，而且一旦油液變質(zhì)就需要進(jìn)行重新更換，這將大大增加設(shè)備使用成本，同時(shí)會(huì)縮短液力變矩器的使用壽命。為此本文以四機(jī)廠生產(chǎn)的TYL105型壓裂泵車為例，在充分調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，提出了對(duì)液力變矩器上的取力結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改造的措施。
    液力變矩器結(jié)構(gòu)及其潤(rùn)滑方式
    從液力變矩器結(jié)構(gòu)上分析，影響油液變質(zhì)的結(jié)構(gòu)方面的原因主要集中在液力變矩器的動(dòng)力端和液力端。
    1.1.動(dòng)力端
    壓裂泵車的動(dòng)力端主要由傳動(dòng)軸、連桿、曲軸、十字頭滑塊、導(dǎo)板和殼體等部分構(gòu)成，其主要作用是將傳動(dòng)軸過來的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力，其中傳動(dòng)軸、曲軸及導(dǎo)板分別安裝在殼體的固定支撐部位上，而十字頭滑塊則通過其內(nèi)部的螺紋與液力端的柱塞相連接。傳動(dòng)軸和曲軸都采用合金鋼熱鍛而成，兩軸之間通過人字齒輪實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。曲軸上均勻的分布著相互夾角為120°的三個(gè)曲柄軸頸,曲柄軸頸和主軸頸的偏心距為120mm。連桿的兩端是滑塊軸承,在曲軸軸頸部位安裝有一個(gè)剖分式雙金屬軸瓦，而在十字頭滑塊部位則是一個(gè)銅套。這里的剖分式雙金屬片軸瓦的內(nèi)表面因其使用條件不同而有所不同，其中連桿上的軸瓦內(nèi)表面上澆鑄了一層錫銻合金，以使其達(dá)能夠承受高壓沖擊；而連桿下軸瓦內(nèi)表面則設(shè)置了一條環(huán)形槽，作為手機(jī)曲軸軸頸上面的油通道，以保證油液不流出曲軸，并通過軸瓦下面的連桿上制的環(huán)形槽將油池與潤(rùn)滑管連通。這兩種軸承的位置是不可調(diào)整的，當(dāng)軸瓦間隙大于0.30mm，銅套間隙大于0.25mm時(shí)，其磨損程度就已達(dá)到其使用極限，這是就需要對(duì)這些零部件進(jìn)行更換。另外，在十字頭滑塊配有青銅滑板在鋼制導(dǎo)板經(jīng)過熱處理的工作表面上滑動(dòng)，十字頭滑塊和導(dǎo)板之間的間隙超過1.2mm時(shí)，就已達(dá)到其許用極限，需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，這是可以通過更換位于導(dǎo)板和泵殼之間的墊片或更換已磨損的滑板來使其達(dá)到使用要求，而不需要再使用在導(dǎo)板表面上鍍層的方法來調(diào)整。
    動(dòng)力端所采用的潤(rùn)滑方式為：以柱塞泵的泵殼作為動(dòng)力端的潤(rùn)滑油池，潤(rùn)滑油被齒輪泵從潤(rùn)滑油池中吸出，并通過濾清器和分配管，分別流向曲柄兩端的油孔，達(dá)到對(duì)主軸軸頸和連桿軸頸的潤(rùn)滑，同時(shí)噴射到兩端和中間兩個(gè)軸承上，流到十字軸銷軸，齒輪則為飛濺潤(rùn)滑。
    1.2.液力端
    壓裂泵車液力變矩器的液力端主要由泵頭體、凡爾總成、凡爾座、柱塞、缸套、密封組件等部分構(gòu)成。泵頭體由分體式合金鋼鍛造而成，并通過M39螺栓和盤根盒連接在一起，吸入和排出凡爾總成都采用了相同的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)上由凡爾體、凡爾和凡爾蓋等部件組成，其中凡爾座和凡爾體的配合錐角為55°，凡爾與泵頭體的配合錐度為16度，凡爾座的通孔半徑為40mm。柱塞首先用特殊的螺母和拉桿固定，然后拉桿直接被固定在十字頭滑塊上，柱塞規(guī)格為100mm。并用缸套壓帽將缸套固定在泵頭體上。其潤(rùn)滑方式為，齒輪泵動(dòng)盤根盒中吸取潤(rùn)滑油，并通過管線將其輸送至柱塞出實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。
    油液變質(zhì)原因分析
    液力變矩器液力端、液力端的機(jī)油泵都被安裝與液力變矩器的側(cè)面，并通過取力器在液力變矩器上取力而得到動(dòng)力。經(jīng)過上文對(duì)液力變矩器動(dòng)力端和液力端及其潤(rùn)滑方式的分析，不難看出引起液力變矩器油液變質(zhì)的原因主要兩個(gè)方面：一是動(dòng)力端機(jī)油泵密封件失效。當(dāng)柱塞盤根的彈性頭密封圈失效后酸液就會(huì)沿著管線進(jìn)入大泵的驅(qū)動(dòng)箱中，而對(duì)大泵中的齒輪油造成污染，使其變質(zhì)；然后通過大泵的額潤(rùn)滑驅(qū)動(dòng)管道進(jìn)入齒輪泵，并對(duì)齒輪泵的油封造成破壞，從而使酸液持續(xù)不斷地進(jìn)入液力變矩器內(nèi)部，導(dǎo)致液力變矩器內(nèi)的油液增多，大泵油液減少。這時(shí)候設(shè)備操作人員僅僅通過觀察液面的方法很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題；二是液力端機(jī)油泵密封件失效。當(dāng)動(dòng)力端缸套密封圈、盤根的密封性能劣化或喪失后，油、酸液的混合物就會(huì)沿著潤(rùn)滑管線進(jìn)入盤根盒內(nèi)部，導(dǎo)致盤根盒內(nèi)的機(jī)油變質(zhì)；三是當(dāng)潤(rùn)滑柱塞的機(jī)油泵的密封件失效后，油、酸的混合液將沿著機(jī)油泵和液力變矩器相連接的管道進(jìn)入液力變速器內(nèi)部，使液力變矩器內(nèi)油面上升,大泵油面下降。同樣,操作手僅靠觀察液面來判斷是不科學(xué)的。一般而言，液力變速器的油液沒工作1000h時(shí)需要進(jìn)行更換，然而由于出現(xiàn)以上原因，會(huì)使液力變矩器的油液迅速劣化，需要平均每工作100～120h就需要更換，而更換一次需要95L左右的油液，造成了大量的浪費(fèi)，且給壓裂作業(yè)埋下了安全隱患。
    液壓系統(tǒng)改進(jìn)措施
    當(dāng)齒輪泵的油封失效后，潤(rùn)滑油和酸液就會(huì)通過取力器兩端機(jī)油泵進(jìn)入液力變矩器內(nèi)，為了防止液力變矩器油劣化變質(zhì)，有必要采取措施阻止雜質(zhì)進(jìn)入液力變矩器內(nèi)部，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、查閱資料，并對(duì)改進(jìn)的可行性進(jìn)行分析，最終提出如下個(gè)改進(jìn)措施。
    3.1.保證齒輪泵油封及盤根等密封件的質(zhì)量過關(guān)
    齒輪泵油封和盤根劣化失效時(shí)導(dǎo)致潤(rùn)滑油竄入液力變矩器內(nèi)的重要原因，因此在更換油封時(shí)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，從源頭上杜絕劣質(zhì)密封件，從而防止大泵油、盤根盒內(nèi)潤(rùn)滑油不變質(zhì)，以此來保證液力變矩器的良好運(yùn)行，延長(zhǎng)其使用壽命。
    3.2.改造取力器兩端的潤(rùn)滑油泵
    齒輪泵的動(dòng)力是有取力器從液力變矩器上取得的，取力器是連接液力變矩器和齒輪泵的重要部件，因此在壓裂車工作時(shí)要密切監(jiān)測(cè)取力器兩端油泵的工作狀態(tài)，這樣才能有效的防范大泵及盤根盒內(nèi)潤(rùn)滑油竄入到液力變矩器內(nèi)。具體的改進(jìn)措施有兩個(gè)方面：一是在取力器上裝設(shè)報(bào)警信號(hào)等，具體方法是首先在取力器通道上打一直徑10mm的小孔，然后在小孔內(nèi)安裝一個(gè)螺釘式的液體傳感器，并在操作臺(tái)上安裝以聲光報(bào)警器，將傳感器輸出端與報(bào)警器相連，并將接入24V電源，這樣一旦油封失效而酸液通過油封進(jìn)入通道槽內(nèi)時(shí)，就會(huì)觸動(dòng)傳感器，而使聲光報(bào)警器點(diǎn)亮并發(fā)出報(bào)警聲，以引起操作人員注意，及時(shí)查找原因并整改；二是在取力器通道底部安裝一條回油管線。方法是首先在取力器通道底部開一個(gè)小孔，并安裝一個(gè)放油閥，閥另一端接回油管線至盤根盒。這樣在作業(yè)中，如果齒輪泵油竄入到取力器通道槽內(nèi)，聲光報(bào)警器觸發(fā)，操作人員可以立即停泵并打開放油閥門，竄入到取力器通道槽內(nèi)的油液通過回油管循環(huán)至盤根盒內(nèi)，這是可以繼續(xù)施工，待施工完畢后對(duì)其進(jìn)行整改處理。這樣既避免了變質(zhì)的潤(rùn)滑油進(jìn)入液力變矩器內(nèi)，同時(shí)又保證了施工的連續(xù)性。

    經(jīng)過上述改進(jìn)，大大的延長(zhǎng)了液力變矩器潤(rùn)滑油使用時(shí)間，改進(jìn)前需要每隔70～100h更換一次，而改進(jìn)后延長(zhǎng)至700～800h。而且經(jīng)過改進(jìn)提高了液力變矩器的運(yùn)行性能，保證了施工的延續(xù)性，提高了酸化施工的成功率和保證了施工質(zhì)量。可以說，該項(xiàng)改造不經(jīng)給壓裂施工單位創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約了大量的人力和物力，具有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值。