压裂泵动力端润滑系统技术要求研究_吕月志

　［收稿日期］２０１４－１０－

２８　［作者简介］吕月志（１９７２－），男，工程师，现主要从事采油设备的开发与应用方面的研究工作；Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｖｙｕｅｚｈｉ．ｓｌｙｔ＠ｓｉｎｏｐ

ｅｃ．ｃｏｍ。［引著格式］吕月志．压裂泵动力端润滑系统技术要求研究［Ｊ］．长江大学学报（自科版），２０１

５，１２（７）：５４～５６．压裂泵动力端润滑系统技术要求研究

吕月志　（中石化胜利石油工程有限公司井下作业公司，山东东营２５７０７７

）［摘要］压裂泵（柱塞泵）是整个压裂车的心脏，为使柱塞泵正常运转，对其动力端润滑系统提出了严格

的技术要求。从动力端总成合润滑系统、动力段润滑油、动力端润滑系统的启动以及工作技术规范等４

个方面对压裂泵动力端润滑系统技术要求进行了研究：动力端总成要符合润滑系统设计要求；要选择合

适的齿轮油满足动力端润滑的需要，包括一般用途合成动力端润滑油的选用和季节性非合成动力端润滑

油的选用；动力端润滑系统的启动要符合规程；在动力端使用过程中要严格遵守润滑系统的技术规范。

［关键词］压裂泵；柱塞泵；动力端；润滑系统；技术要求

［中图分类号］ＴＥ９３４．２［文献标志码］Ａ ［文章编号］１６７３－１４０９（２０１５）０７－００５４－

０３压裂泵是一种往复、容积式、单作用、卧式三缸柱塞泵。可以选择不同规格的柱塞以满足用户对不同压力和排量的要求；可以满足油田间歇性油井作业，如酸化、压裂和压井等，主要用于油田大型压裂施工作业。柱塞泵由动力端、液力端和行星轮减速箱组成；用户可选用不同规格的柱塞以及相应盘根总成或者液力端总成来进行不同工作性能参数的配置。动力端总成主要由曲轴箱体、曲轴总成、十字头箱体以及连杆十字头总成等组成。动力端润滑采用压力强制润滑，必须提供一个合理可靠的外部润滑系

统，才能保证柱塞泵具有最佳工作性能和最长使用寿命［

１］。为了使柱塞泵正常工作，对其动力端润滑系统提出了严格的技术要求。

１　动力端总成润滑系统设计要求

１．１　油箱

①最小容量必须为５

６８Ｌ；②吸入管出口最小尺寸应为３ｉｎ（１ｉｎ＝２５．４ｍｍ），尽可能深地安装；③吸入管出口和回油管入口应尽可能远的隔开；④排出管的回流接头的最小尺寸应为３

ｉｎ，安全阀管线的回流接头最小尺寸应为１ｉｎ；⑤极力推荐在３ｉｎ回油管口附近安装１个方便使用的磁铁；⑥通气孔／加油口盖最小应为４０目，并应包含有能阻止废物进入油箱的内置滤网；⑦油尺和窥视孔应可指示油箱中

油面位置；⑧油箱必须位于柱塞泵最低排放口下面，离泵尽可能的近（最好在泵的正下方）

。１．２　润滑油系统的吸入管道

①整个管内径最小必须为３

ｉｎ，这样吸入管流速绝不会超过２～３ｆｔ／ｓ。②必须包括１个入口最小尺寸为３ｉｎ的吸入滤网，网孔规格为４０～１００目（４００～１５０μ

ｍ）的金属网，滤芯面积最小为１５００ｉｎ２，内置旁通管压力３～５ｐｓｉ（６～１０ｉｎＨｇ），额定流量最小为１５０ｇ

ａｌ／ｍｉｎ（１ｇａｌ＝３．７８５４１Ｌ）；清洗滤芯时，为了方便维护，应优先采用轴向筒式滤网。③如果润滑油泵装在油箱的液面以上，那么可以在吸入管中安装至少３ｉｎ的回转式单向阀。④吸入管应尽可能的短，不得有太多的弯曲；为防止损坏，采用金属丝

编织的吸入管；如果它的长度大于１０ｆｔ，应该通过增加管内径到４ｉｎ来补偿摩擦损失。

１

．３　润滑泵①润滑泵必须是齿轮泵，当它以最高转速运行时，其流量最小应为５０ｇ

ａｌ／ｍｉｎ。②出口和入口应尽可能大，入口最好为３ｉｎ，出口最好为１．２５ｉｎ；如果齿轮泵吸入口小于３ｉｎ，为了保持３ｉｎ的吸入管尽可

能安装在齿轮泵附近，应该采用一种短节接头。③为了监控吸入流量状况，特别是寒冷天气下的冷启动

４５长江大学学报（自科版）　２０１５年３月第１２卷第７期（

理工上旬刊）Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（

Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｍａｒ．２０１５，Ｖｏｌ．１２Ｎｏ．７

期间，１个充液真空计（０～３０ｉｎＨｇ）（１ｉｎＨｇ≈２

４９Ｐａ）应被安装在离齿轮泵吸入口尽可能近的地方。④齿轮泵可直接安装在发动机上的一个辅助传动位置上，或者通过Ｐ

ＴＯ（取力器）直接与传动箱连接；通过传动箱／ＰＴＯ的安装方式能降低安装高度，改善吸入条件；润滑泵的安装必须是一种直接安装的驱动布置，无论柱塞泵原动机何时运行时，它都在发动机的转速下工作。

１．４　润滑系统压力管线和油滤器

①为了保持１

０～１２ｆｔ／ｓ的流速，压力管线的最小内径必须为１．２５ｉｎ。②压力管线应为金属丝编织的，最小工作压力８００ｐ

ｓｉ（１ｐｓｉ＝６８９４．７５７Ｐａ）。③油滤器的最小额定能力为１５０ｇａｌ／２００ｐｓｉ，必须有一个内置的１５～２５ｐｓｉ安全阀和２５～３３μ

ｍ的滤芯；油滤器可以是自旋式一次性滤芯或筒形密封式一次性滤芯；油滤器必须安装在易于检修的位置，推荐使用１个内置旁通指示器（检修指示器）；１５０ｇ

ａｌ以上的双滤芯油滤器将减少过滤９０号重齿轮油时的压降并延长更换滤芯的间隔时间；绝不可使用外置安全

阀来保护油滤器。④在柱塞泵上ＮＰＴ１的润滑油入口必须安装０～２００ｐ

ｓｉ油压表（注液）；对于安装有远控的装置，极力推荐使用１个辅助油压表。

１．５　润滑系统的安全阀和回流管线

①系统安全阀应为１ｉｎ、３０～４０ｇａｌ、６０ｐｓｉ（最小）／２００ｐ

ｓｉ（最大）、可调整的、无振动型的安全阀；②安全阀必须装在柱塞泵１ｉｎ的Ｎ

ＰＴ（标准管螺纹）润滑口上（对着润滑油入口），以便保证润滑油在到达安全阀前通过整个柱塞泵；③安全回流管线（金属丝编织）内径最小为１ｉｎ，最小工作压力为

８００ｐ

ｓｉ，直接回油箱。１．６　润滑油排放管路（

从柱塞泵到油箱）①在动力端壳体的底部配有３

ｉｎ的ＮＰＴ排放口，排出管线不得比动力端的排出口小，还应尽可能的短；排出管不应有太多的弯曲，应确保润滑油自由连续地向下流入油箱。②０～２５０

０℉油温表应该安装在主排出管线上，以便它的传感器可以淹没在从柱塞泵回来的润滑油中；温度计应安装在易于观察的位置；对于安装有远控的装置，极力推荐使用一个辅助的温度计。

１．７　供选用的润滑系统

①极热的环境条件下，需要１个油冷却器来防止油温过高和油黏度不合适；使用时，冷却器应为

“空气至油”或“强制空冷”型式，并装在油滤器的下游；冷却器的能力应为１５０ｇ

ａｌ／２５０ｐｓｉ（最小），入口和出口接头最小为１．２

５ｉｎ；如果油井服务装置在寒冷的气候下也要作业，冷却器必须竖直放置，让油旁通过冷却器。②在极冷的环境条件下，可以使用一个电控油槽加热器或一个“管壳式热交换器”

，来防止特别差的润滑油吸入状况，避免因润滑油太冷和润滑油黏度不合适而导致润滑油泵的损坏；使用时，电控油槽加热器应该安装在靠近油箱吸入管出口的位置，并能在８～１２ｈ期间将油加热到８０～１００℉；为防止油过热，电控油槽加热器必须是恒温控制的。

２　推荐使用的动力端润滑油

为了确保柱塞泵长寿命和无故障服务，选择合适的齿轮油满足动力端润滑的需要是非常重要的。笔

者极力推荐用户使用目前市场上销售的一种现代“合成润滑油”

。合成润滑油在大多数环境条件下表现出更加稳定的黏度；与同样黏度的传统齿轮油相比，合成润滑油增加了油膜强度。使用这种合成润滑油，将在柱塞泵启动时提高润滑油的流动性能，提供更好的防磨效果，减少配合部件的阻力和磨擦，产生更大的输出功率。为获得最佳性能，不管选用何种动力端润滑油，在使用时润滑油的温度应保持在

１５０

０℉以下。具体要求如下。２．１　一般用途合成动力端润滑油的选用

这些齿轮油必须适合在“高压（ＥＰ）”条件下使用，其黏度指标必须大于１３５

ｓ（塞氏通用黏度单位：秒数）或更高，凝点必须低于－３５０℉或更低，必须进行５０ｌｂ或更大的“铁姆肯测试（ＴＩＭＫ

ＥＮ　ＴＥＳＴ）”，在２１００℉下黏度必须大于１２５

ｓ。在使用这些齿轮油时，柱塞泵的工作温度不得超过１７５０℉。２．２　季节性非合成动力端润滑油的选用

柱塞泵也可以使用常规非合成齿轮润滑油；在特定的季节，要更加注意选择适合周围环境的润滑油的

５

５第１２卷第７期吕月志：压裂泵动力端润滑系统技术要求研究