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压裂车液压系统存在问题及改善措施

压裂泵车是油田实施压裂酸化作业的关键设备，压裂泵车中的液压系统是保证其正常工作的关键系统，而在现场施工中，常常会碰到液力变矩器油液变质而使润滑系统不能正常工作的问题，严重影响着酸化压裂施工的连续性，同时油液的变质也使得液力变矩器寿命缩短。基于此，本文以四机厂生产的TYL105型酸化压裂泵车为例，在充分的现场调研分析的基础上，对其液压系统提出了改善措施，以期改善其运行状态。
压裂泵车是油田实施压裂酸化作业的关键设备，其主要作用是利用压裂泵车将携带有支撑剂的压裂液打入储层，在储层中撑开人工裂缝而形成原有通道，从而提升油井产量。在压裂泵车中液压系统是保证其正常工作的关键系统，在施工作业时，台上柴油机通过液力变矩器和万向轴驱动减速器，将动力传递给柱塞，同时从液力变矩器取力而驱动液力端和动力端润滑油泵，实现对系统的润滑。而在现场施工中，常常会碰到液力变矩器油液变质而导致润滑系统难以正常工作的问题，使压裂作业被迫中断，严重影响了酸化施工的连续性，而且一旦油液变质就需要进行重新改换，这将大大增加设备使用成本，同时会缩短液力变矩器的使用寿命。为此本文以四机厂生产的TYL105型压裂泵车为例，在充分调研和分析的基础上，提出了对液力变矩器上的取力结构进行优化改造的措施。
液力变矩器结构及其润滑方式
从液力变矩器结构上分析，影响油液变质的结构方面的原因主要集中在液力变矩器的动力端和液力端。

压裂泵车的动力端主要由传动轴、连杆、曲轴、十字头滑块、导板和壳体等部分构成，其主要作用是将传动轴过来的旋转动力转换为柱塞的往复运动动力，其中传动轴、曲轴及导板分别安装在壳体的固定支撑部位上，而十字头滑块则通过其内部的螺纹与液力端的柱塞相连接。传动轴和曲轴都采纳合金钢热锻而成，两轴之间通过人字齿轮实现动力传递。曲轴上均匀的分布着互相夹角为120的三个曲柄轴颈,曲柄轴颈和主轴颈的偏心距为120mm。连杆的两端是滑块轴承,在曲轴轴颈部位安装有一个剖分式双金属轴瓦，而在十字头滑块部位则是一个铜套。这里的剖分式双金属片轴瓦的内表面因其使用条件不同而有所不同，其中连杆上的轴瓦内表面上浇铸了一层锡锑合金，以使其达能够承受高压冲击；而连杆下轴瓦内表面则设置了一条环形槽，作为手机曲轴轴颈上面的油通道，以保证油液不流出曲轴，并通过轴瓦下面的连杆上制的环形槽将油池与润滑管连通。这两种轴承的位置是不可调整的，当轴瓦间隙大于0.30mm，铜套间隙大于0.25mm时，其磨损程度就已达到其使用极限，这是就需要对这些零部件进行改换。另外，在十字头滑块配有青铜滑板在钢制导板经过热处理的工作表面上滑动，十字头滑块和导板之间的间隙超过1.2mm时，就已达到其许用极限，需要对其进行调整，这是可以通过改换位于导板和泵壳之间的垫片或改换已磨损的滑板来使其达到使用要求，而不需要再使用在导板表面上镀层的方法来调整。
动力端所采纳的润滑方式为：以柱塞泵的泵壳作为动力端的润滑油池，润滑油被齿轮泵从润滑油池中吸出，并通过滤清器和分配管，分别流向曲柄两端的油孔，达到对主轴轴颈和连杆轴颈的润滑，同时喷射到两端和中间两个轴承上，流到十字轴销轴，齿轮则为飞溅润滑。

压裂泵车液力变矩器的液力端主要由泵头体、凡尔总成、凡尔座、柱塞、缸套、密封组件等部分构成。泵头体由分体式合金钢锻造而成，并通过M39螺栓和盘根盒连接在一起，吸入和排出凡尔总成都采纳了相同的材质和结构，其结构上由凡尔体、凡尔和凡尔盖等部件组成，其中凡尔座和凡尔体的配合锥角为55，凡尔与泵头体的配合锥度为16度，凡尔座的通孔半径为40mm。柱塞首先用特别的螺母和拉杆固定，然后拉杆直接被固定在十字头滑块上，柱塞规格为100mm。并用缸套压帽将缸套固定在泵头体上。其润滑方式为，齿轮泵动盘根盒中吸取润滑油，并通过管线将其输送至柱塞出实现润滑。
油液变质原因分析
液力变矩器液力端、液力端的机油泵都被安装与液力变矩器的侧面，并通过取力器在液力变矩器上取力而得到动力。经过上文对液力变矩器动力端和液力端及其润滑方式的分析，不难看出引起液力变矩器油液变质的原因主要两个方面：一是动力端机油泵密封件失效。当柱塞盘根的弹性头密封圈失效后酸液就会沿着管线进入大泵的驱动箱中，而对大泵中的齿轮油造成污染，使其变质；然后通过大泵的额润滑驱动管道进入齿轮泵，并对齿轮泵的油封造成破坏，从而使酸液继续不断地进入液力变矩器内部，导致液力变矩器内的油液增多，大泵油液减少。这时候设备操作人员仅仅通过观察液面的方法很难及时发现问题；二是液力端机油泵密封件失效。当动力端缸套密封圈、盘根的密封性能劣化或丧失后，油、酸液的混合物就会沿着润滑管线进入盘根盒内部，导致盘根盒内的机油变质；三是当润滑柱塞的机油泵的密封件失效后，油、酸的混合液将沿着机油泵和液力变矩器相连接的管道进入液力变速器内部，使液力变矩器内油面上升,大泵油面下降。同样,操作手仅靠观察液面来判断是不科学的。一般而言，液力变速器的油液没工作1000h时需要进行改换，然而由于出现以上原因，会使液力变矩器的油液迅速劣化，需要平均每工作100～120h就需要改换，而改换一次需要95L左右的油液，造成了大量的浪费，且给压裂作业埋下了安全隐患。
液压系统改善措施
当齿轮泵的油封失效后，润滑油和酸液就会通过取力器两端机油泵进入液力变矩器内，为了防止液力变矩器油劣化变质，有必要采用措施阻止杂质进入液力变矩器内部，通过现场调研、查阅资料，并对改善的可行性进行分析，最终提出如下个改善措施。

齿轮泵油封和盘根劣化失效时导致润滑油窜入液力变矩器内的重要原因，因此在改换油封时严把质量关，从源头上杜绝劣质密封件，从而防止大泵油、盘根盒内润滑油不变质，以此来保证液力变矩器的优良运行，延长其使用寿命。

齿轮泵的动力是有取力器从液力变矩器上取得的，取力器是连接液力变矩器和齿轮泵的重要部件，因此在压裂车工作时要密切监测取力器两端油泵的工作状态，这样才能有效的防范大泵及盘根盒内润滑油窜入到液力变矩器内。具体的改善措施有两个方面：一是在取力器上装设报警信号等，具体方法是首先在取力器通道上打一直径10mm的小孔，然后在小孔内安装一个螺钉式的液体传感器，并在操作台上安装以声光报警器，将传感器输出端与报警器相连，并将接入24V电源，这样一旦油封失效而酸液通过油封进入通道槽内时，就会触动传感器，而使声光报警器点亮并发出报警声，以引起操作人员注意，及时查找原因并整改；二是在取力器通道底部安装一条回油管线。方法是首先在取力器通道底部开一个小孔，并安装一个放油阀，阀另一端接回油管线至盘根盒。这样在作业中，如果齿轮泵油窜入到取力器通道槽内，声光报警器触发，操作人员可以马上停泵并打开放油阀门，窜入到取力器通道槽内的油液通过回油管循环至盘根盒内，这是可以继续施工，待施工完毕后对其进行整改处理。这样既避免了变质的润滑油进入液力变矩器内，同时又保证了施工的连续性。
经过上述改善，大大的延长了液力变矩器润滑油使用时间，改善前需要每隔70～100h改换一次，而改善后延长至700～800h。而且经过改善提升了液力变矩器的运行性能，保证了施工的延续性，提升了酸化施工的成功率和保证了施工质量。可以说，该项改造不经给压裂施工单位创造了可观的经济效益，节约了大量的人力和物力，具有广阔的推广应用价值。