董曉雨 童國斌 余丹 李雅智

摘 ?要：文章結(jié)合番禺11-5平臺壓井泵的選型，從工作原理、結(jié)構(gòu)特點、缺點及尺寸和價格等方面系統(tǒng)比較了柱塞泵和高速離心泵的應(yīng)用區(qū)別，給出了柱塞泵和高速離心泵選型時應(yīng)注意的問題，為以后相關(guān)選型設(shè)計提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：壓井泵;選型設(shè)計;柱塞泵;高速離心泵

中圖分類號：TV675 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）02-0024-02

近年來，作為石油化工行業(yè)通用機(jī)械的專用泵的發(fā)展迅速，以海洋石油鉆井平臺所需壓井泵為例，因其小流量、高揚(yáng)程的特點。

通常情況下柱塞泵被選為壓井泵的選型方案為修井、開井或海管置換提供柴油。但隨著小流量、高揚(yáng)程、高轉(zhuǎn)速離心泵的研制成功，從功能技術(shù)上高速離心泵有代替柱塞泵的可能，本文結(jié)合番禺11-5平臺壓井泵選型為例，系統(tǒng)對比一下柱塞泵和高速離心泵在同樣工況下的優(yōu)缺點，為壓井泵的選型增加一個備選方案。

1 ?柴油系統(tǒng)組成

柴油系統(tǒng)一般由柴油過濾器、柴油儲罐、柴油輸送泵、柴油井用泵、過濾器及加油軟管組成，番禺11-5壓井泵流程圖如圖1所示。

該壓井泵的工作參數(shù)為：流量，10 m3/h;揚(yáng)程，110 kg;入口壓力，200 kPa;輸送介質(zhì)為柴油，密度為850 kg/m3，環(huán)境溫度，15.9 ℃～36 ℃。

2 ?柱塞泵和高速離心泵的對比

2.1 ?工作原理對比

柱塞泵工作原理：柱塞依靠泵軸的偏心轉(zhuǎn)動驅(qū)動，往復(fù)運動，缸體的吸入和排出閥都是單向閥。當(dāng)柱塞外拉時，缸體內(nèi)壓力降低，出口閥關(guān)閉，低于進(jìn)口壓力時，進(jìn)口閥打開，液體進(jìn)入;柱塞內(nèi)推時，缸體內(nèi)壓力升高，進(jìn)口閥關(guān)閉，高于出口壓力時，出口閥打開，液體排出。

直軸斜盤式柱塞泵結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

高速離心泵工作原理：在泵啟動前，泵腔內(nèi)充滿液體，流體由于葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用甩向外圍流進(jìn)泵殼，葉輪中心壓力低于進(jìn)水管內(nèi)壓力，液體在壓差的作用下由吸入管流入葉輪，如此不斷吸入和排出流體實現(xiàn)泵的連續(xù)工作。高速離心泵結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

2.2 ?結(jié)構(gòu)特點對比

柱塞泵按柱塞的排列和運動方向的不同，可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵，而軸向柱塞泵包括直軸斜盤式柱塞泵和斜軸式軸向柱塞泵，本文主要討論的是直軸斜盤式柱塞泵。

2.2.1 ?直軸斜盤式柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點

直軸斜盤式柱塞泵一般由斜盤、柱塞、缸體、配油盤和傳動組成，其結(jié)構(gòu)具有以下特點：

①結(jié)構(gòu)緊湊，容積效率95%左右，總效率90%左右。

②良好的密封很容易實現(xiàn)較高的揚(yáng)程。

③柱塞泵的主要零件均受壓應(yīng)力，材料強(qiáng)度性能得以充分利用，可確保泵在較長時間內(nèi)穩(wěn)定運行。

④變量方便，可多種方式實現(xiàn)。

⑤對輸送介質(zhì)的粘度、溫度等不是非常敏感。

2.2.2 ?高轉(zhuǎn)速離心泵的結(jié)構(gòu)特點

高轉(zhuǎn)速離心泵與普通離心泵相比，增加了一套齒輪增速裝置和前置誘導(dǎo)葉輪，在提高葉輪轉(zhuǎn)速的同時，也提高高速泵的汽蝕性能。高速離心泵一般由泵殼、誘導(dǎo)葉輪、離心葉輪和齒輪增速裝置組成，其結(jié)構(gòu)的特點如下：

①泵的轉(zhuǎn)速高，單級葉輪就能實現(xiàn)普通多級葉輪才能達(dá)到的出口壓力，大大減小了泵的整體尺寸，安裝占地面積少。

②結(jié)構(gòu)緊湊，驅(qū)動機(jī)、增速齒輪裝置和泵體三者渾然一體，安裝方便，維修維護(hù)非常方便。

③泵本身的零件較少，軸向力比較容易平衡。

④運行過程中吸液和排液管道內(nèi)流量和壓力比較穩(wěn)定。

⑤泵體內(nèi)無進(jìn)出口閥門，適于輸送懸浮液，特殊的設(shè)計還能輸送大塊固體的懸浮液。

⑥汽蝕性能好，葉輪前端加誘導(dǎo)葉輪，大大提高了泵的汽蝕余量。

2.3 ?缺 ?點

柱塞泵和高速離心泵的選型方案（見表1）都能滿足番禺11-5壓井泵的功能要求，但從效率、維護(hù)等角度看，兩種類型的泵也有各自的缺點，下面分別探討。

2.3.1 ?柱塞泵的缺點

①柱塞泵是依靠柱塞在缸體內(nèi)往復(fù)運動使容積呈現(xiàn)周期性變化從而吸入或排出液體的，柱塞的往復(fù)運動產(chǎn)生脈沖：每個沖程期間，吸液和排液管道內(nèi)的流體被加速，先達(dá)到峰值，隨后又降為0。這樣容易引起流量和壓力的不穩(wěn)定，故吸液和排液管道上必須加裝脈沖阻尼器。

②柱塞泵的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，零件較多。

③柱塞泵的自吸性差。

④制造工藝要求較高，成本較貴。

⑤潤滑油液對污染較敏感，要求較高的過濾精度，對使用和維護(hù)要求較高。

⑥不能輸送一些含有懸浮物的介質(zhì)。

2.3.2 ?高速離心泵的缺點

①從輸入軸到泵軸之間增加了一個齒輪增速機(jī)構(gòu)，增加了一個故障點和加大了機(jī)組運行時的噪聲。

②整機(jī)的效率非常低，大概在25%左右。

③對輸送介質(zhì)的粘度變化較為敏感。

④受材料強(qiáng)度限制，高速離心泵的出口壓力不可能過大。

2.4 ?尺寸和價格

根據(jù)番禺11-5壓井泵的參數(shù)要求，從中挑選了市場上比較知名的幾家供應(yīng)商，設(shè)備型號、尺寸及報價見表1。

3 ?結(jié) ?語

柱塞泵和高速離心泵是兩種不同結(jié)構(gòu)類型的泵，柱塞泵為容積式，離心泵為葉片式，結(jié)構(gòu)決定了各自的優(yōu)點和缺點。如果看重設(shè)備能耗與效率，則選擇柱塞泵;如果從設(shè)備可靠性和維修維護(hù)方面考慮，則選擇高速離心泵。

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