摘要：在分析常規(guī)密封盤(pán)根的密封機(jī)制，及其存在的形狀和材質(zhì)選用不合理、更換不便、密封效果不好和使用壽命低等問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出了采用普通傳動(dòng)V帶作為新型密封盤(pán)根的設(shè)計(jì)方案。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了新型密封盤(pán)根的密封機(jī)制，給出了盤(pán)根的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，并將新舊盤(pán)根的現(xiàn)場(chǎng)使用情況進(jìn)行了對(duì)比與分析。結(jié)果表明，新盤(pán)根的使用節(jié)約了生產(chǎn)成本，改變了盤(pán)根的密封方式，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)不停機(jī)加盤(pán)根作業(yè)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，具有良好的推廣前景。

　　關(guān)鍵詞：光桿密封;盤(pán)根;密封材料;計(jì)算方法

　　油田井口光桿密封裝置用的密封盤(pán)根屬消耗品，用量較大，其質(zhì)量好壞、壽命長(zhǎng)短直接影響到密封裝置的密封性能。因此，選擇合理的盤(pán)根對(duì)整個(gè)密封裝置的密封性能和工作性能是至關(guān)重要的。

　　1、常規(guī)密封盤(pán)根的密封

　　1.1常規(guī)密封盤(pán)根的密封機(jī)制

　　盤(pán)根裝入密封腔以后，經(jīng)壓蓋對(duì)它作軸向壓縮，由于盤(pán)根的塑性，使它產(chǎn)生徑向力，并與光桿緊密接觸。與此同時(shí)，盤(pán)根中浸漬的潤(rùn)滑劑被擠出，在接觸面之間形成油膜。由于接觸狀態(tài)并不是特別均勻，接觸部位便出現(xiàn)“邊界潤(rùn)滑”狀態(tài)，類(lèi)似滑動(dòng)軸承，因此稱為“軸承效應(yīng)”; 而未接觸的凹部形成小油槽，有較厚的油膜，當(dāng)光桿與盤(pán)根有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸部位與非接觸部位組成一道不規(guī)則的迷宮，起阻止液流泄漏的作用， 此稱“迷宮效應(yīng)”。

　　1.2盤(pán)根密封作用原理

　　如圖1所示，壓蓋通過(guò)壓套來(lái)軸向壓緊密封盤(pán)根, 使密封盤(pán)根軸向和徑向變形，密封腔的間隙被填塞而達(dá)到密封的目的。

　　2、常規(guī)密封盤(pán)根的缺陷

　　分析常規(guī)密封盤(pán)根的形狀、材質(zhì)、工作性能和現(xiàn)場(chǎng)使用情況, 可發(fā)現(xiàn)其在應(yīng)用中存在的問(wèn)題：

　　(1) 形狀為矩形，從現(xiàn)場(chǎng)使用情況來(lái)看，該盤(pán)根的抗擠壓、抗磨損的能力較差，密封效果不甚理想。

　　(2) 材質(zhì)一般采用丁腈橡膠，具有較好的彈性，壓縮回彈率大，但是耐熱性較差，耐熱范圍小，彈性補(bǔ)償性能不好，易老化，密封效果相對(duì)較差。

　　(3) 安裝和拆卸盤(pán)根時(shí)，阻力很大，必須用工具往密封盒里用力填塞或逐個(gè)取出密封圈，操作很不方便，并且很容易損壞到密封圈及密封腔的內(nèi)壁。

　　(4) 密封盒采用圓柱形，不能保證平行地將盤(pán)根安裝到密封腔中，盤(pán)根在光桿周?chē)植疾痪?很容易受擠壓產(chǎn)生偏磨，降低了盤(pán)根的使用壽命。

　　(5) 盤(pán)根的使用壽命長(zhǎng)則1~ 2個(gè)月, 短則 1~2周， 更換頻繁，增加了抽油機(jī)的停產(chǎn)時(shí)間，加上盤(pán)根本身需要專門(mén)研制生產(chǎn)，頻繁的更換會(huì)增加生產(chǎn)成本。

　　3、新型密封盤(pán)根的密封

　　通過(guò)分析常規(guī)密封盤(pán)根在現(xiàn)場(chǎng)使用中存在諸多問(wèn)題的基礎(chǔ)上，現(xiàn)采用普通傳動(dòng)V帶作為新型密封盤(pán)根，以便改善密封裝置的密封性能，提高油田采油的經(jīng)濟(jì)效益。

　　3.1新型密封盤(pán)根的密封機(jī)制

　　該新型密封盤(pán)根除了可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)密封盤(pán)根的密封機(jī)制外，而且在密封裝置正常工作時(shí)，多級(jí)盤(pán)根之間形成多級(jí)液環(huán)，環(huán)中充滿潤(rùn)滑劑，一方面起到較好的自潤(rùn)滑作用，另一方面起到一定的液體自封作用，進(jìn)一步加強(qiáng)密封。因此，采用該新型密封盤(pán)根可以使整個(gè)密封裝置的潤(rùn)滑效果和密封效果得到進(jìn)一步的改善。

　　3.2盤(pán)根密封作用原理

　　壓蓋通過(guò)壓套來(lái)軸向壓緊密封盤(pán)根，使密封盤(pán)根軸向和徑向發(fā)生變形，緊貼光桿和密封腔內(nèi)壁表面，實(shí)現(xiàn)密封。盤(pán)根螺旋纏繞，因此只需較小的軸向壓緊力即可產(chǎn)生較大的密封力。

　　為了實(shí)現(xiàn)良好的密封效果，盤(pán)根必須柔軟、具有彈性。該新型密封盤(pán)根采用普通傳動(dòng)V帶，其內(nèi)層主體成分為耐油橡膠，柔軟、具有彈性、壓縮回彈率大;外層部分采用帆布，與耐油橡膠一起復(fù)合形成夾布耐油橡膠，具有較高的強(qiáng)度，可減少盤(pán)根對(duì)光桿的損壞;內(nèi)層采用棉織物，具有良好的浸漬性能，可及時(shí)補(bǔ)充盤(pán)根中損失的潤(rùn)滑劑。

　　4.1新型密封盤(pán)根工作的起始深度

　　新型盤(pán)根的截面是等腰梯形，正常壓縮時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變的分析復(fù)雜，故采用單體式矩形盤(pán)根來(lái)代替實(shí)際盤(pán)根，由此造成的誤差在允許的范圍內(nèi)。

　　同時(shí)假設(shè)：V帶未變形部分的體積不變，且各個(gè)截面的軸向變形量相等。

　　在單體密封盤(pán)根截面x處, 取微元dx，則微元的體積為

　　由此得到盤(pán)根變形的總體積V 為

　　由△V’= △V, 便得到V帶截面軸向變形量a和新型密封盤(pán)根的起始深度L。

　　4.2新型密封盤(pán)根工作的深度

　　密封盤(pán)根經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的使用, 磨損嚴(yán)重，經(jīng)調(diào)整不能繼續(xù)使用時(shí)，可認(rèn)為盤(pán)根已經(jīng)失效，需要更換新的盤(pán)根。此時(shí)多級(jí)盤(pán)根間的液環(huán)已經(jīng)不存在，起密封作用的僅僅是磨損嚴(yán)重的盤(pán)根。此時(shí)剩余的盤(pán)根高度L’= 4b , b為 V帶截面等腰梯形上底面長(zhǎng)度。

　　在實(shí)際應(yīng)用中, 盤(pán)根與光桿接觸部分已經(jīng)部分磨損, 因此剩余盤(pán)根高度將大于4b , 為保證盤(pán)根密封效果, 取 L’= 4b。

　　5、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

　　2006年5月, 以該新型密封盤(pán)根作為密封材料的新型有桿采油光桿密封裝置在勝利油田東辛采油廠的油井上進(jìn)行了安裝試驗(yàn), 現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好，且改善了油場(chǎng)工作環(huán)境，節(jié)約了生產(chǎn)成本，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了采油工作時(shí)率，具有良好的推廣前景。

　　該密封盤(pán)根克服了常規(guī)密封盤(pán)根在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題, 實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)不停機(jī)更換密封盤(pán)根， 緊盤(pán)根周期延長(zhǎng)了14天以上, 更換盤(pán)根周期延長(zhǎng)到4個(gè)月左右, 清洗井口周期延長(zhǎng)到200天左右, 每口井每年可節(jié)約成本7 000余元，到目前為止使用情況良好。其應(yīng)用的具體情況見(jiàn)表1。

　　6、結(jié)論：

　　( 1) 采用新型密封材料——普通傳動(dòng)V帶, 節(jié)約了生產(chǎn)成本，增長(zhǎng)了使用壽命, 改善了裝置的密封性能;同時(shí)，改變了盤(pán)根的密封方式，降低了能量損耗，密封性能好。

　　( 2) 更換密封盤(pán)根時(shí)，不需停機(jī)，提高了采油工作時(shí)率，防止原油外排造成浪費(fèi)及環(huán)境污染，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　( 3) 緊盤(pán)根時(shí)只需很小的力，即可實(shí)現(xiàn)密封能力的恢復(fù);更換盤(pán)根時(shí)，只需取出磨損盤(pán)根, 換上新盤(pán)根，一人操作即可完成，省時(shí)省力，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　( 4) 研究光桿密封裝置密封盤(pán)根的計(jì)算方法，有利于規(guī)范和完善密封盤(pán)根的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)密封盤(pán)根的設(shè)計(jì)計(jì)算具有一定的指導(dǎo)意義。

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