注水泵機油散熱裝置的研究與應用

張正軍

【摘 要】傳統高壓柱塞泵潤滑油箱內部潤滑油冷卻器多采用結構簡單的U形管等結構，在高溫下連續運轉不僅增加了潤滑油的消耗量，還加劇了泵體及零部件的磨損情況。本設計提供了一種在油箱外部加裝潤滑油冷卻器的方法，有效降低了泵的工作溫度，減少了泵的故障維修費用，為同類設備改造提供了思路。

【關鍵詞】柱塞泵；機油冷卻

一、前言

遼河油田興隆臺采油廠歐一注水站于2001年8月份建成投產，生產設備共有注水泵4臺、補水泵3臺、排污泵2臺。主要負責歐利坨油田的注水工作。目前共負責注水井38口，日注水量950方左右。

（一）注水泵現狀

歐一注注水泵為傳統柱塞泵，該柱塞式高壓注水泵機油箱內原有兩根盤管，采取水在機油箱中循環的方式，降低機油溫度。但該油箱體積為0.8m3，原有兩根盤管為普通Φ16mm管，在油箱內有效長度為1.5m。設備運轉時機油平均溫度為62℃，而正常的工作溫度應該控制在40℃～55℃之間，降溫效果較差，達不到設備良好運轉要求。

（二）高溫對機油的危害

柱塞泵油箱中的機油依靠在內部機械結構的結合面形成穩定的薄薄的油膜來起到潤滑作用，實現減少摩擦，保護內部機械及各運動部件的目的，機油的使用對于泵的正常運行是必不可少的。而在實際工作環境中，機油受溫度影響較大。高溫對機油的危害體現在以下幾個方面：

1、高溫降低機油潤滑效果

機油的黏度是油膜形成的關鍵因素。黏度太高，油膜難以形成，對設備運轉的穩定性也影響較大；黏度太低，油膜層太薄，潤滑效果也會被削弱，所以必須要通過溫度控制機油保持合理的黏度。高溫條件下，機油的黏度下降，導致潤滑和冷卻效果不佳，從而加速軸承部件磨損，加速支承部件和轉子部件的疲勞，降低泵的使用壽命。

2、高溫使機油氧化變質

該注水站使用機油為通用機油，型號為15W40，成分包括兩大類：基礎油和添加劑。在高溫時機油氧化會生成酸質和油泥，這些雜質粘結在曲柄、連桿上，不僅升高溫度，降低了機油的潤滑散熱效果。并且有些以顆粒狀固體存在的油泥，附在機件表面，加快了機件的磨損。甚至有些油泥堵塞過濾芯、油道，導致機油回流不良，部件磨損加劇，最終產生嚴重的機械故障。

3、高溫使機油耗油量增加

機油溫度過高時，通過機油箱內滲透、蒸發作用，降低機油的密封效果，使損耗的機油量增加。

二、機油散熱裝置的設計方案

針對舊注水泵機油冷卻效果不好的現狀，我們考慮為機油箱加裝一種機油冷卻器，從而降低機油溫度，提高潤滑效果。

傳統的機油冷卻器一般分為風冷式和水冷式兩類。風冷式冷卻器除采用風扇強制吹風冷卻外，多采用自然通風冷卻。水冷式冷卻器，通過內部循環管路實現油水換熱冷卻。考慮到水冷式效果較好，并且節約資源，在大型設備上應用較廣泛，我們選擇了水冷式冷卻方式。

該高壓注水泵設備出廠時，機油箱內設計的就是水冷式機油冷卻器。水冷式冷卻器的工作原理：采用“油包水”的冷卻方法，在機油箱內設計了2根U形管，與冷水泵相連，冷水泵不間斷的向冷卻器提供冷水，冷水流動通過各條金屬管道最終形成回路，工作時低溫循環水不間斷穿過U形管，并將管道周圍的熱量帶走，從而降低了機油溫度，達到了冷卻機油的目的。

經過分析判斷，原有的冷卻器冷卻效果不好的原因是，機油箱內機油較多，而U形管較細，使用中隨著油泥附著等因素冷卻效果逐漸降低。如果在機油箱原管路上加裝循環水管道，考慮到機油箱內部空間已經較密集，曲柄連桿等運動部件占據較大空間，加裝空間有限，新加裝管路易發生滲漏。更好的方法是在外部加裝一個機油冷卻器。

為了提高冷卻效果，在設計外部機油冷卻器時我們選擇采用“水包油”式冷卻方法，冷卻器內充滿循環的冷卻水，機油在冷卻器內部管路中通過，在油泵的壓力下，冷卻后又循環流回到機油箱里，實現冷卻降溫。由于冷卻器是加裝在機油箱外，與油箱連接管路過長會造成額外阻力，降低循環泵壓，位置的選擇方面，冷卻器直接加裝在機油箱下方空間內，不額外占用空間。內部構造設計上，一般管式機油冷卻器，內部結構多為U形管式，同時采用板式或是翅片，實際上是結合了多管式、板式、翅片式等形式。原機油泵壓為0.8MPa-1MPa，為了盡可能減少機油在新增管路中的阻力產生的壓降，冷卻器內部管路設計時避免選用蛇形管式，選用多通道列管式。在有限空間內放置多根銅管，達到冷卻效果。

自制機油散熱裝置，由彎管、管接頭、高壓軟管、散熱銅管、不銹鋼鋼板、支撐等零件焊接而成，直接固定在機油箱體底部，與機油箱和冷卻水相連。冷卻器具體尺寸為：冷卻器長550mm，內部銅管長350mm，整體外徑為120mm，總重量為10kg。設備工作時，油泵與冷卻水泵運轉，機油經過過濾器被吸進機油泵，在泵壓驅使下一部分進入箱體，另一部分通過管路進入冷水式機油冷卻器，經過水冷卻后返回箱體，實現冷卻效果。

三、機油散熱裝置的現場應用情況

加裝外部散熱裝置后，在不干擾泵的正常工作情況下，外置冷卻器與原機油箱內U形管冷卻器構成了雙冷卻系統。經過實際應用，與原始運行情況進行對比，降溫效果明顯。

經過對比分析，加裝外部機油冷卻器后，機油平均溫度由62℃降為48℃，下降14℃，電機平均溫度由36℃降為31℃，下降5℃，溫度處于合理合作區間。

經過取油樣測量運動黏度，得到圖2加裝冷卻器前后機油黏度與溫度的變化曲線。從曲線上看出而加裝機油冷卻器之前，黏度受溫度影響較大。而加裝機油冷卻器后由于機油不易發生氧化變質，黏度變化幅度較平穩，避免了因溫度升高帶來的黏度大幅下降現象。

四、實施效果分析評價

加裝外部冷卻器后，在同等工作條件下，機油溫度下降明顯。2017年我們在3號泵試驗的基礎上，將冷卻器成功改造的經驗用于4號泵，將兩臺老式高壓注水泵機油箱均加裝了新式外置散熱裝置，扣除冷卻器的成本2040元，總計節約費用56591.5元。

（一）減少機油用量

更換機油頻次下降，可以持續使用直到注水泵運轉1500小時，二級保養時更換一次機油，節省了機油的用量，比去年同期節約機油950升，采購價格為25.19元/升，節約費用約為57890.5元。

（二）減輕員工負擔

此前由于高溫機油內雜質過多，該泵3天需要更換一次機油濾芯，員工停泵更換一次約為20分鐘，現在僅在濾芯破損時更換，除保養時幾乎不需員工更換，此前柱塞盤根由于油泥等雜質的出現經常產生滲漏，加裝了機油散熱裝置后，更換盤根頻次大大降低，增加了泵的有效工作時間，提高了效率。

（三）降低部件維修率

2016年該站3號泵因高溫潤滑失效，導致泵部件損壞維修4次，廠家維修費用總計3.6萬元。2017年加裝了2臺機油散熱裝置后，由于泵的工作溫度降低，潤滑效果良好，到目前為止沒有產生更換零部件等需廠家維修的費用。

五、設計成果創新點

在原注水泵機油箱外創新設計加裝水冷式散熱裝置，達到內外循環雙重冷卻效果，通過創新改造，有效降低注水泵柱塞工作溫度，提高注水泵工作效率，減少員工勞動強度，降低維修費用。

六、結論與建議

使用該機油散熱裝置后，該注水站單泵一年累計節省5萬余元，在降本增效、節能降耗方面發揮了重要作用。該注水泵機油散熱裝置的研究與使用投入成本相對低，改造難度小，較容易實施，且能有效降低機油溫度，減少機油損耗，降低泵維修率。為同類設備進行改造提供了一種思路，具有一定的推廣價值。endprint