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作者： 来源： 发布时间：2018/2/11 16:12:47  点击数：318

电动潜油离心泵(下文简称作电潜泵)是一种高效率、适合于高产、深井的机械采油设备。据资料介绍，电潜泵的平均产液量是杆式泵的2倍以上。但是，在实际生产中，经常发生电潜泵的落井事故。据对某油田的调查统计，电潜泵的落井率高达10%～15%。电潜泵落井事故的发生，一方面影响了电潜泵高效率的发挥，降低了原油产量；另一方面电潜泵落井后很难打捞，给用户带来很多麻烦，也造成重大的经济损失。根据对落井事故的调查分析发现，造成电潜泵落井的直接原因有二：其一是在电潜泵各泵节、泵筒与泵头之间或电潜泵系统与油管之间的联接螺纹(下文简称作各管螺纹联接)处，因防倒块失效而造成的倒扣落井。其二是电潜泵各泵节或电机节之间联接螺栓断裂造成的落井。现文主要分析倒扣问题。
1 倒扣原因分析
根据对现场倒扣落井事故的调查发现，造成电潜泵系统倒扣的原因有三：第一，电潜泵在启动和正常工作时，存在较大的倒扣扭矩。这是因为电潜泵各管螺纹联接处均采用右旋螺纹联接(m90×1.75)，而电机的旋转方向为顺时针方向，电机输出的扭矩通过多级离心泵的泵轴和叶轮、导轮传递给泵筒，使泵筒有沿倒扣方向转动的趋势。尤其在电潜泵启动时，启动扭矩较大并存在较大的冲击，在此冲击扭矩作用下，极有可能使管螺纹联接倒扣。第二，电潜泵各管螺纹联接的预紧力不够(或预紧扭矩不够)。预紧力的大小是影响螺纹联接可靠性的重要因素，预紧力既不能太大，也不能太小。对电潜泵各管螺纹联接而言，一方面考虑到电潜泵在工作中存在倒扣扭矩，各管螺纹联接的预紧力应能保证在电潜泵系统轴向载荷(包括电潜泵系统的自重、流体压力及预紧力等)与横向倒扣扭矩的共同作用下，不会发生倒扣现象，即使预紧扭矩大于倒扣扭矩的一定值；另一方面预紧力也不能太大。若预紧力过大，再加上电潜泵轴向载荷的作用，有可能使螺纹横截面上的轴向拉应力超过泵筒材料的屈服点，使泵筒螺纹处发生塑性变形，导致预紧力松弛。此时，尽管相互联接的2部件没有发生相对转动，但螺纹联接已经松动。若此时有倒扣扭矩的作用，此倒扣扭矩全部由防倒块承受；若防倒块焊接不牢或强度不足，就会造成防倒块脱焊或被剪断，从而导致电潜泵倒扣落井。由此可见，预紧力应有一个适当的数值。但实际生产中使用的国产电潜泵，在设计上没有对各管螺纹联接的预紧力进行精确计算，工艺上更没有对预紧力的大小进行严格控制，这是导致螺纹倒扣的重要原因。第三，防倒工艺不可靠。因电潜泵存在倒扣问题，所以在管螺纹联接处设置了防倒块。由于防倒块厚度不大，焊缝截面尺寸较小，承载能力不强；加之防倒块与泵头、泵筒均为中碳钢，焊接工艺性较差，焊缝质量难以保证。所以，防倒块的防倒功能不可靠。生产中经常发生防倒块脱焊，甚至剪断的现象，这正好说明了这一点。
2 防止倒扣的途径
2.1 合理确定各管螺纹联接的预紧扭矩
根据上述分析，各管螺纹联接的实际预紧扭矩(mrb),首先应保证在电潜泵轴向载荷与工作中实际存在的倒扣扭矩(mrp)的共同作用下螺纹不松动。对三角型螺纹而言，若不考虑轴向载荷的作用，拧紧螺纹需要的扭矩ms和松开螺纹需要的扭矩mp应分别为
ms=dfb．tan(α+φv)／2，
(1)
mp=dfb．tan(α-φv)／2，
(2)
式中，d为管螺纹的中径,mm； fb为螺纹预紧力，n；α为螺纹升角，24；φv为三角型螺纹当量摩擦角，9°36。
代入螺纹有关参数得
ms=1.1mp，
(3)
即拧紧螺纹需要的扭矩应大于松开螺纹需要的扭矩。对电潜泵而言，工作中实际存在的最大倒扣扭矩mrpmax即为启动扭矩mst。电潜泵带负载启动时，启动扭矩一般为额定扭矩mr的1.1～2.4倍(对常用的30～55kw电机为1.4～1.8倍)，即
mrp=mst=(1.4～1.8)mr。
(4)
为防止电潜泵在工作中因频繁启动而倒扣，应使实际预紧扭矩mrb满足
mrb＝ms．mrp／mp=(1.54～1.98)mr，
(5)
即实际预紧扭矩应大于1.54～1.98倍的额定扭矩；另一方面，螺纹的实际预紧扭矩又不能过大，也即由实际预紧扭矩产生的实际预紧力不能过大。螺纹的预紧力与螺纹材料的屈服点σs、螺纹最小横截面积amin之间存在如下关系：
fb≤(0.5～0.7)σs．amin。
(6)
若按式(5)求得的预紧扭矩，在螺纹横截面上产生的预紧力超过式(6)的范围时，应考虑增加泵筒壁厚或换用屈服点更高的泵筒材料。
2.2 改变电潜泵各管螺纹的旋向
将右旋改为左旋，这样可以使电潜泵在启动和正常运转时产生的扭矩，不会引起螺纹松动。当然，在电潜泵工作过程中，因过载、欠载等原因造成电机断电时，也会在瞬间产生倒扣扭矩，但此扭矩与启动扭矩相比要小得多，不致于引起电潜泵倒扣；另外，强化现行的防倒措施，严格控制防倒块的焊接工艺，确保焊接质量，也能起到防止倒扣的作用。
上述防止倒扣的措施，都不能从根本上解决倒扣问题。因为引起倒扣的扭矩没有消除，当然，要彻底消除倒扣扭矩是不可能的。但采取一定措施可将倒扣扭矩控制在一定范围内。例如，在电潜泵的最上节与油管连接处，采用如图1所示的活动接头，可以使倒扣扭矩控制在一定范围内，避免倒扣的发生。该接头的工作原理是，装配时，通过调节螺钉，适当控制钢球与上接头之间的压紧力，从而保证电潜泵在正常工作时，上环与下环之间不发生相对转动。当扭矩超过某一定值时，上接头将钢球压入上环孔中，上环与下环之间发生相对转动，从而将扭矩控制在一定范围内，起到防止倒扣的作用。

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