大功率长输管道输油泵的研制

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摘 要：大功率（功率超过2000kW）长输管道输油泵，国产化研制一直是解决国内管道输油泵结构老化，效率不高，泵控制监测系统安全性低，依赖进口等问题。通过对管道输油泵总体结构，水力设计方法，高速自轴承，监测系统等方面的设计研究，研制成功了2500kW长输管道输油泵，经现场试验验证，达到国际先进水平，具有一定的推广价值。

关键词：大功率；长输；管道输油泵；研制

1 大功率长输管道输油泵的开发背景

输油管道建设直接影响到国民经济的快速发展，具有非常重要的战略意义。《国家重大技术装备研制和重大产业技术开发专项规划》及《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》等一系列国家政策的相继出台，均将石油天然气开采与集输的大功率长输管道输油泵列为国家重大技术装备发展重点。应当今市场发展变化的需要，我公司在充分吸收当今国内外先进技术基础上，通过充分的市场调研和与管道输送设计院合作开发新一代DK系列长输管道输油泵产品，更切实地满足了目标市场的实际应用需要。

2 DK2870-240型大功率长输管道输油主泵性能参数

流量：Q=2870m3/h

扬程：H=240m

转速：n=2980r/min

效率：η≥87.5%

汽蚀余量：NPSHr=23m

输送介质：原油

原油密度=829.4kg/m3（正常）

进口压力：最小0.5MPa，最大4.7MPa

3 设计方案及关键技术分析

3.1 结构设计说明

根据设计参数，确定泵的结构为BB1型单级双吸轴向剖分式结构。主要由泵体、泵盖、叶轮、径向导叶、泵轴和前、后轴承部件等组成。泵体和泵盖通过螺栓连接，泵进、出口均位于泵的轴心线以下泵体两侧，不需拆卸进、出口管路及电动机便可检修泵，维护方便。压水室采用径向导叶+单涡室结构，最大程度地减小径向力，保证泵长期平稳运行。口环采用特殊设计，使残余轴向力指向驱动端，使转子受拉，保证转子运行中的稳定性。采用一副圆柱滚子轴承支撑转子部件并承受径向载荷，采用一对角接触球轴承背靠背安装承受残余轴向载荷。承压部件壁厚、中开面法兰、泵体中心支承脚板等均采用加厚设计，保证泵在高压下的强度和刚度。泵轴直径加粗、轴承跨距缩短，进一步提高转子系统的刚性。

3.2 关键技术分析及解决措施

3.2.1 水力性能

管线输油泵性能在满足基本参数外，其效率为关键指标。样机经过性能测试，各项指标达到设计要求，效率高达88.2%。

3.2.2 关键零部件及材料

（1）泵体、泵盖。作为承压部件，考虑到最大进口压力和叶轮产生的最大压差，泵体、泵盖按工作压力10MPa、水压试验压力15Mpa设计，材料选用ZG30CrMo，设计计算壁厚49.9mm，实取65mm，并在涡室外壁布置加强筋，以及采用中心高降低，支脚加大等措施，保证其强度和刚度。泵体、泵盖形成的单涡室收集从导叶流出的液体，并在其扩散段中完成动能到压能的第二次转换。涡室断面采用圆形断面，受力情况良好，有利于承受高压，并适于进行无损检查。

（2）导叶。从叶轮流出的高速液体，进入径向导叶进行收集和动能到压能的第一次转换。采用径向导叶可最大程度地减小径向力，保证泵长期平稳运行。径向导叶采用11片叶片均布，轴向径向尺寸小，叶片长度短，水力损失小。通过合理设计导叶进口边与叶轮出口边之间的径向间隙，有利于减小环流损失，提高泵的效率。

（3）叶轮。采用双吸叶轮，并将叶片进口边向吸入口适当延伸，降低了入口速度、提高汽蚀性能。经过实际测试，汽蚀余量NPSHr比同类型进口泵低3m左右。叶轮材料采用ZG1Cr13NiMo并经调质处理，强度高，使用寿命长。

（4）泵轴。泵轴材料采用高强度高级优质合金结构钢42CrMoA，并将轴径加粗、轴承跨距缩短，提高泵轴的强度和刚度，安全系数高。泵轴第一阶干临界转速高达3972.4r/min。

（5）机械密封。由于管线油泵串联安装，泵密封腔压力高，线速度高，并且密封的介质是粘稠的原油，因此机械密封的设计选型非常关键。采用成熟的德国杰特拉集装式机械密封，密封腔按API682标准设计，配置垂直型孔板，过滤颗粒杂质，外接循环过滤悬液分离系统，并采用加厚型机封压盖设计。该机械密封密封可靠，拆装方便，适用原油密封及高压工况。目前广泛在西部管道使用，效果理想。

（6）中开面密封。选用TC-1000金属丝增强石棉板作为中开面密封垫片，其特点是：双面石墨涂层，密封性能优良；压力范围：最高达20MPa；温度范围：最高达540℃。

（7）轴承部件。转子部件两端由圆柱滚子轴承作径向支撑，残余轴向力采用一对背靠背安装的角接触球轴承承担，轴承全部采用进口SKF重载轴承。轴承采用甩油环提油，轴承体外周设有散热片，保证充分地热交换。轴承体上配置特制的油雾分离器，防止油雾进入到大气中。

（8）监测控制系统及管路设计。泵配套包括测振、测温和测密封泄漏量等辅助运行装置，适应自动化操作和全天候工作环境。泵轴承及泵壳设有一体化数子温度变送器，当泵轴承温度超过75℃或泵壳温度超过70℃时发出报警信号。增强型泵密封泄漏检测装置用来检测泵轴机械密封泄漏。泵轴承箱设有振动变送器，如果机泵振动过大，超过给定信号时，振动模块就会发出报警信号。

4 技术设计评价

可以认为DK2870-240型管道输油泵样机其技术指标可以达到国际先进水平。

参考文献

[1]国内外输油泵的结构特点和维护要点[J].油气储运，1997（9），16：15-19.

[2]关醒凡.现代泵设计手册[Z].

[3]机械设计手册[Z].