在柱塞所进行的往复运动中, 上游动阀罩既起到了开启、关闭阀的作用, 也承担着非常大的拉力与下行压力, 此外, 其还是泵内油进入油管时的通道, 因此, 上游动阀罩是抽油泵设备最易受损的一个零件。在上游动阀罩的出油室内繁受到阀球的冲击和磨损, 再加上受到高压、高速液流的冲击以及来自于管杆柱的交变载荷的影响, 造成了上游动阀罩时常会发生疲劳断裂的状况。因此, 对抽油泵游动阀进行改进设计, 解决上游动阀罩疲劳断裂的问题, 在提高抽油泵的实用价值、增强上游动阀罩的性能等方面具有非常重要的意义。
1 分析上游动阀罩发生断裂的原因
因为受到了内、外尺寸结构的局限, 导致抽油泵柱塞的上阀罩只能是薄壁, 3个出液槽均匀分布在阀罩的上部分, 使阀罩的承载能力下降, 进而使该处成为上阀罩中最为薄弱的部分 (如图1所示) , 由于受到许多外部因素的影响, 导致上游动阀罩发生断裂的速度得到了加快。外部因素主要包括以下几个方面:第一, 柱塞下行的过程中, 在游动阀开启的一瞬间内, 阀球就会受到高压、高速液流的冲击, 受到液流不均匀速度与其他因素的影响而引起的振动, 会造成阀球运动与阀座孔轴线发生偏离, 从而导致阀球碰撞球室侧壁;第二, 阀球不断旋转, 从而会使球室侧壁受到频繁受到冲击和磨损, 导致侧壁变薄;第三, 由于受到管杆柱运动弯曲效应的影响, 导致阀罩长期承受着巨大的交变载荷。在受到来自于管杆柱的交变载荷的影响下, 薄壁部分被反复拉长、逐渐变薄、裂开, 最终导致了阀罩的突然断裂。
2 抽油泵游动阀的改进设计
2.1 将上游动阀改为分体式结构
为了提高结构的简单实用性, 可以对柱塞的上游动阀罩进行改进设计, 使其变为分体式结构。分体式上游动阀的结构如图2所示, 下体装有阀座、阀球, 但是没有油槽, 具有开启、关闭阀的功能;上体装有油槽, 有且仅有出油功能。使用分体式结构的上游动阀, 分解了上游动阀罩的功能, 从而可以增加上游动阀罩的壁厚, 进而能够在很大程度上增加上游动阀罩的强度, 避免其发生断裂事故。
2.2 上游动阀下移
上游动阀下移结构如图3所示。上游动阀下移指的是改进上游动阀罩的结构, 将上游动阀罩的阀座、阀球去掉, 再将上部阀罩所具有的开启功能转移到抽油泵柱塞的下部, 之后再在柱塞下游动阀的位置将1个下游动阀串联上, 从而保证常规游动阀所具有的开启功能。
在图3所示的上游动阀下移结构中可以看出, 将上游动阀罩的阀座、阀球去掉之后, 只对出油孔进行加工, 减少了内孔直径, 由原先的母螺纹作为连接柱塞螺纹转变成了公螺纹作为连接柱塞螺纹, 整个上游动阀罩的壁厚得到了增加, 从而使阀罩的受力面积得到了增加、抗拉强度得到了提高。例如, 以30毫米规格的上游动阀罩作为例子进行试验, 进行改进之后, 测量上游动阀罩的壁厚, 发现其增加了3.5毫米。通过计算得出, 上游动阀罩的受力面积增大了大约1.74倍, 而上游动阀罩的抗拉强度则提高了大约百分之六十二点五。
在上游动阀罩的外径保持不变的条件下, 通过上游动阀下移, 减小了长度、提高了抗弯曲能力, 由于其内腔中没有阀球进行往复运动, 所以也不会受到冲击和磨损, 也没有受到高压、高速液流的冲击, 因此, 其耐腐蚀性能、抗冲击性能也会得到一定的提高, 大大增强了上游动阀罩的综合力学性能, 降低了断裂的发生几率。将上游动阀罩的阀球去掉了, 所以上游动阀罩的顶部不会再因为受到阀球的频繁击打而产生震动, 原来的动压强转变成了静压强, 因此也会大大减少抽油杆螺纹的脱扣现象与松动现象, 而上游动阀罩还具有着开启、关闭阀功能与出油功能。
3 试验
对阀球的快速封闭功能进行试验验证, 发现分体式上游动阀的启闭正常, 安全可靠;在对上游动阀下移这种改进型的抽油泵进行试验时, 将柱塞放置到水平位置上, 在其上一端接入进油孔, 每次进油20毫升, 在这样的情况下, 阀座能够快速封闭。因为改变了上出油阀罩的结构, 所以柱塞下罩双阀座形式会在一定程度上增加进油阻力。为验证进油阻力的增加给抽油泵性能产生的影响, 将泵筒竖立并在其中注满油, 通过利用大约60千克的重力和1节抽油杆, 柱塞在5秒之内快速进到了泵底。验证结果证明, 分体式上游动阀、上游动阀下移改进型抽油泵可以满足现场生产的要求。
4 结语
综上所述, 本篇论文主要分析了上游动阀罩发生断裂的原因, 探讨了分体式上游动阀、上游动阀下移这两种抽油泵游动阀的改进设计, 以期对抽油泵游动阀改进设计的相关研究及实践工作提供具有参考价值的理论依据。
摘要：抽油泵是油井开展井下采油工作的主要设备之一, 在井况不同的情况下, 抽油泵的泵筒、阀、柱塞等结构形式也会有所不同。有杆抽油泵主要由游动阀、固定阀、柱塞、泵筒等组成, 是一种特殊的往复泵。上游动阀罩在很大程度上影响着抽油泵的使用寿命, 也是抽油泵设备最易受损的一个零件。本篇论文主要对抽油泵游动阀的改进设计进行了探讨, 以期对相关研究及实践工作提供具有参考价值的理论依据。
关键词：抽油泵,游动阀,改进,设计,研究
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