安玉榮

摘 要：大功率（功率超過2000kW）長輸管道輸油泵，國產化研制一直是解決國內管道輸油泵結構老化，效率不高，泵控制監(jiān)測系統(tǒng)安全性低，依賴進口等問題。通過對管道輸油泵總體結構，水力設計方法，高速自潤滑軸承，監(jiān)測系統(tǒng)等方面的設計研究，研制成功了2500kW長輸管道輸油泵，經(jīng)現(xiàn)場試驗驗證，達到國際先進水平，具有一定的推廣價值。

關鍵詞：大功率；長輸；管道輸油泵；研制

1 大功率長輸管道輸油泵的開發(fā)背景

輸油管道建設直接影響到國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，具有非常重要的戰(zhàn)略意義。《國家重大技術裝備研制和重大產業(yè)技術開發(fā)專項規(guī)劃》及《國務院關于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》等一系列國家政策的相繼出臺，均將石油天然氣開采與集輸?shù)拇蠊β书L輸管道輸油泵列為國家重大技術裝備發(fā)展重點。應當今市場發(fā)展變化的需要，我公司在充分吸收當今國內外先進技術基礎上，通過充分的市場調研和與管道輸送設計院合作開發(fā)新一代DK系列長輸管道輸油泵產品，更切實地滿足了目標市場的實際應用需要。

2 DK2870-240型大功率長輸管道輸油主泵性能參數(shù)

流量：Q=2870m3/h

揚程：H=240m

轉速：n=2980r/min

效率：η≥87.5%

汽蝕余量：NPSHr=23m

輸送介質：原油

原油密度=829.4kg/m3（正常）

進口壓力：最小0.5MPa，最大4.7MPa

3 設計方案及關鍵技術分析

3.1 結構設計說明

根據(jù)設計參數(shù)，確定泵的結構為BB1型單級雙吸軸向剖分式結構。主要由泵體、泵蓋、葉輪、徑向導葉、泵軸和前、后軸承部件等組成。泵體和泵蓋通過螺栓連接，泵進、出口均位于泵的軸心線以下泵體兩側，不需拆卸進、出口管路及電動機便可檢修泵，維護方便。壓水室采用徑向導葉+單渦室結構，最大程度地減小徑向力，保證泵長期平穩(wěn)運行?？诃h(huán)采用特殊設計，使殘余軸向力指向驅動端，使轉子受拉，保證轉子運行中的穩(wěn)定性。采用一副圓柱滾子軸承支撐轉子部件并承受徑向載荷，采用一對角接觸球軸承背靠背安裝承受殘余軸向載荷。承壓部件壁厚、中開面法蘭、泵體中心支承腳板等均采用加厚設計，保證泵在高壓下的強度和剛度。泵軸直徑加粗、軸承跨距縮短，進一步提高轉子系統(tǒng)的剛性。

3.2 關鍵技術分析及解決措施

3.2.1 水力性能

管線輸油泵性能在滿足基本參數(shù)外，其效率為關鍵指標。樣機經(jīng)過性能測試，各項指標達到設計要求，效率高達88.2%。

3.2.2 關鍵零部件及材料

（1）泵體、泵蓋。作為承壓部件，考慮到最大進口壓力和葉輪產生的最大壓差，泵體、泵蓋按工作壓力10MPa、水壓試驗壓力15Mpa設計，材料選用ZG30CrMo，設計計算壁厚49.9mm，實取65mm，并在渦室外壁布置加強筋，以及采用中心高降低，支腳加大等措施，保證其強度和剛度。泵體、泵蓋形成的單渦室收集從導葉流出的液體，并在其擴散段中完成動能到壓能的第二次轉換。渦室斷面采用圓形斷面，受力情況良好，有利于承受高壓，并適于進行無損檢查。

（2）導葉。從葉輪流出的高速液體，進入徑向導葉進行收集和動能到壓能的第一次轉換。采用徑向導葉可最大程度地減小徑向力，保證泵長期平穩(wěn)運行。徑向導葉采用11片葉片均布，軸向徑向尺寸小，葉片長度短，水力損失小。通過合理設計導葉進口邊與葉輪出口邊之間的徑向間隙，有利于減小環(huán)流損失，提高泵的效率。

（3）葉輪。采用雙吸葉輪，并將葉片進口邊向吸入口適當延伸，降低了入口速度、提高汽蝕性能。經(jīng)過實際測試，汽蝕余量NPSHr比同類型進口泵低3m左右。葉輪材料采用ZG1Cr13NiMo并經(jīng)調質處理，強度高，使用壽命長。

（4）泵軸。泵軸材料采用高強度高級優(yōu)質合金結構鋼42CrMoA，并將軸徑加粗、軸承跨距縮短，提高泵軸的強度和剛度，安全系數(shù)高。泵軸第一階干臨界轉速高達3972.4r/min。

（5）機械密封。由于管線油泵串聯(lián)安裝，泵密封腔壓力高，線速度高，并且密封的介質是粘稠的原油，因此機械密封的設計選型非常關鍵。采用成熟的德國杰特拉集裝式機械密封，密封腔按API682標準設計，配置垂直型孔板，過濾顆粒雜質，外接循環(huán)過濾懸液分離系統(tǒng)，并采用加厚型機封壓蓋設計。該機械密封密封可靠，拆裝方便，適用原油密封及高壓工況。目前廣泛在西部管道使用，效果理想。

（6）中開面密封。選用TC-1000金屬絲增強石棉板作為中開面密封墊片，其特點是：雙面石墨涂層，密封性能優(yōu)良；壓力范圍：最高達20MPa；溫度范圍：最高達540℃。

（7）軸承部件。轉子部件兩端由圓柱滾子軸承作徑向支撐，殘余軸向力采用一對背靠背安裝的角接觸球軸承承擔，軸承全部采用進口SKF重載軸承。軸承采用甩油環(huán)提油潤滑，軸承體外周設有散熱片，保證充分地熱交換。軸承體上配置特制的油霧分離器，防止油霧進入到大氣中。

（8）監(jiān)測控制系統(tǒng)及管路設計。泵配套包括測振、測溫和測密封泄漏量等輔助運行裝置，適應自動化操作和全天候工作環(huán)境。泵軸承及泵殼設有一體化數(shù)子溫度變送器，當泵軸承溫度超過75℃或泵殼溫度超過70℃時發(fā)出報警信號。增強型泵密封泄漏檢測裝置用來檢測泵軸機械密封泄漏。泵軸承箱設有振動變送器，如果機泵振動過大，超過給定信號時，振動模塊就會發(fā)出報警信號。

4 技術設計評價

可以認為DK2870-240型管道輸油泵樣機其技術指標可以達到國際先進水平。

參考文獻

[1]國內外輸油泵的結構特點和維護要點[J].油氣儲運，1997（9），16：15-19.

[2]關醒凡.現(xiàn)代泵設計手冊[Z].

[3]機械設計手冊[Z].