大功率長輸管道輸油泵的研制

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，泵控制監測系統安全性低，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，監測系統等方面的設計研究，研制成功了2500kW長輸管道輸油泵，經現場試驗驗證，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背景

輸油管道建設直接影響到國民經濟的快速發展，具有非常重要的戰略意義?！秶抑卮蠹夹g裝備研制和重大產業技術開發專項規劃》及《國務院關于加快振興裝備制造業的若干意見》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的大功率長輸管道輸油泵列為國家重大技術裝備發展重點。應當今市場發展變化的需要，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

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

根據設計參數，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，保證泵長期平穩運行?？诃h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外，其效率為關鍵指標。樣機經過性能測試，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，外接循環過濾懸液分離系統，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）監測控制系統及管路設計。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境。泵軸承及泵殼設有一體化數子溫度變送器，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.現代泵設計手冊[Z].

[3]機械設計手冊[Z].