離心泵與往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)、功能機(jī)應(yīng)用對(duì)比分析

1、往復(fù)泵和離心泵的功能、性能及應(yīng)用的對(duì)比闡述摘要：通過對(duì)石油工程流體機(jī)械課程的學(xué)習(xí)，本文對(duì)往復(fù)泵和離心泵的功能、性能及應(yīng)用進(jìn)行了對(duì)比分析，加深了對(duì)兩種泵的理解，為今后在設(shè)計(jì)工作中更好的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：往復(fù)泵 離心泵 排出端閥門 流量1 往復(fù)泵和離心泵的結(jié)構(gòu)、工作原理及性能1.1 往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)、工作原理及性能1.1.1 往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)往復(fù)泵主要由兩大部分組成，即往復(fù)泵的動(dòng)力端（驅(qū)動(dòng)端）和液力端（水力端）。（1）. 動(dòng)力端主要由輸入軸、輸出軸（主軸）、曲柄、連桿、十字頭（十字頭為動(dòng)力端與液力端的分界點(diǎn)）等總成組成。(2). 液力端主要由由液缸、活塞、活塞桿、吸排閥室（閥箱）、吸排閥、吸排

2、管線等總成組成。1.1.2 往復(fù)泵的工作原理(1).活塞由電動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，把曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)；或直接由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)，使活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)； (2).當(dāng)活塞從右向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，泵缸內(nèi)形成低壓，排出閥受排出管內(nèi)液體的壓力而關(guān)閉；吸入閥受缸內(nèi)低壓的作用而打開，儲(chǔ)罐內(nèi)液體被吸入缸內(nèi)； (3).當(dāng)活塞從左向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于缸內(nèi)液體壓力增加，吸入閥關(guān)閉，排出閥打開向外排液。由此可見，往復(fù)泵是依靠活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)直接以壓力能的形式向液體提供能量的。1.1.3 往復(fù)泵的性能特點(diǎn)(1) 效率高而且高效區(qū)寬。(2) 能達(dá)到很高壓力，壓力變化幾乎不影響流量，因而能提供恒定的流量。(3) 具有自吸能力，可輸

3、送液、氣混合物，特殊設(shè)計(jì)的還能輸送泥漿、混凝土等。(4) 流量和壓力有較大的脈動(dòng)，特別是單作用泵，由于活塞運(yùn)動(dòng)的加速度和液體排出的間斷性，脈動(dòng)更大。通常需要在排出管路上（有時(shí)還在吸入管路上）設(shè)置空氣室使流量比較均勻。采用雙作用泵和多缸泵還可顯著地改善流量的不均勻性。(5) 速度低，尺寸大，結(jié)構(gòu)較離心泵復(fù)雜，需要有專門的泵閥，制造成本和安裝費(fèi)用都較高?；钊弥饕糜诮o水，手動(dòng)活塞泵是一種應(yīng)用較廣的家庭生活水泵。柱塞泵用于提供高壓液源，如水壓機(jī)的高壓水供給，它和活塞泵都可作為石油礦場(chǎng)的鉆井泥漿泵、抽油泵。隔膜泵特別適合于輸送有劇毒、放射性、腐蝕性的液體、貴重液體和含有磨礫性固體的液體。隔膜泵和柱塞

4、泵還可當(dāng)作計(jì)量泵使用。1.2 往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)、工作原理及性能1.2.1 離心泵的結(jié)構(gòu)離心泵的基本構(gòu)造是由六部分組成的，分別是：葉輪，泵體，泵軸，軸承，密封環(huán)，填料函。下面分別對(duì)各組成部分的主要作用進(jìn)行介紹：（1）葉輪葉輪是離心泵的核心部分，它轉(zhuǎn)速高輸出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要通過靜平衡實(shí)驗(yàn)。葉輪上的內(nèi)外表面要求光滑，以減少水流的摩擦損失。（2） 泵體泵體也稱泵殼，它是水泵的主體。起到支撐固定作用，并與安裝軸承的托架相連接。（3）泵軸泵軸的作用是借聯(lián)軸器和電動(dòng)機(jī)相連接，將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距傳給葉輪，所以它是傳遞機(jī)械能的主要部件。（4） 軸承軸承是套在泵軸上支撐泵軸的構(gòu)件，有滾動(dòng)軸

5、承和滑動(dòng)軸承兩種。滾動(dòng)軸承使用牛油作為潤(rùn)滑劑，加油要適當(dāng)，一般為2/33/4的體積，太多會(huì)發(fā)熱，太少又有響聲并發(fā)熱。密封環(huán)：又稱減漏環(huán)。葉輪進(jìn)口與泵殼間的間隙過大會(huì)造成泵內(nèi)高壓區(qū)的水經(jīng)此間隙流向低壓區(qū)，影響泵的出水量，效率降低；間隙過小會(huì)造成葉輪與泵殼摩擦產(chǎn)生磨損。為了增加回流阻力減少內(nèi)漏，延緩葉輪和泵殼的使用壽命，在泵殼內(nèi)緣和葉輪外緣結(jié)合處裝有密封環(huán)，密封的間隙保持在0.251.10mm之間為宜。（5） 填料函填料函主要由填料、水封環(huán)、填料筒、填料壓蓋、水封管組成。填料函的作用主要是為了封閉泵殼與泵軸之間的空隙，不讓泵內(nèi)的水流到外面來也不讓外面的空氣進(jìn)入到泵內(nèi)。始終保持水泵內(nèi)的真空。當(dāng)泵軸與

6、填料摩擦產(chǎn)生熱量，就要靠水封管注水到水封圈內(nèi)使填料冷卻，保持水泵的正常運(yùn)行。所以在水泵的運(yùn)行巡回檢查過程中對(duì)填料函的檢查時(shí)特別要注意：在運(yùn)行600個(gè)小時(shí)左右就要對(duì)填料進(jìn)行更換。1.2.2 離心泵的工作原理離心泵的主要過流部件有吸水室、葉輪和壓水室。吸水室位于葉輪的前面，其作用是把液體引向葉輪，有直錐形、彎管形和螺旋形三種形式。葉輪是泵的最重要的工作元件，是過流部件的心臟，葉輪由蓋板和中間的葉片組成。壓水室主要有螺旋形水室、導(dǎo)葉和空間導(dǎo)葉三種形式，另外還有一種環(huán)形壓水室，主要用于泥漿泵、污水泵等抽送懸浮的泵。其作用是將葉輪中流出的液體收集起來，并送往壓力管路或下一級(jí)葉輪的輸入口中。在將液體送住壓

7、力管路或下一級(jí)葉輪前，消除液流的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，把液流有這部分旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓能。同時(shí)降低液流的流速，以減小壓力管路中的水力損失或適合下一級(jí)葉輪吸入口的要求。在螺旋形壓出室的未端，一般還裝上一個(gè)擴(kuò)散段，用來進(jìn)一步將液流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能。離心泵工作之前，先將泵內(nèi)充滿液體，然后啟動(dòng)離心泵，泵軸帶動(dòng)葉輪一起做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，迫使預(yù)先充灌在葉片間的液體旋轉(zhuǎn)，在慣性離心力的作用下，液體自葉輪中心向外周作徑向運(yùn)動(dòng)。液體在流經(jīng)葉輪的運(yùn)動(dòng)過程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當(dāng)液體離開葉輪進(jìn)入泵殼后，由于殼內(nèi)流道逐漸擴(kuò)大而減速，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，最后沿切向流入排出管路。所以蝸形泵殼不僅是匯集由葉輪流出液體的部件，

8、而且又是一個(gè)轉(zhuǎn)能裝置。當(dāng)液體自葉輪中心甩向外周的同時(shí)，葉輪中心形成低壓區(qū)，在貯槽液面與葉輪中心總勢(shì)能差的作用下，致使液體被吸進(jìn)葉輪中心。依靠葉輪的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，液體便連續(xù)地被吸入和排出。液體在離心泵中獲得的機(jī)械能量最終表現(xiàn)為靜壓能的提高。1.2.3 離心泵的性能特點(diǎn)（1） 離心泵功率與效率泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由于存在種種損失，使泵的實(shí)際（有效）壓頭和流量均較理論值為低，而輸入泵的功率較理論值為高，設(shè)H_ 泵的有效壓頭，即單位量液體在重力場(chǎng)中從泵獲得的能 量，m；Q _ 泵的實(shí)際流量，m3/s； _ 液體密度，kg/ m3；Ne_ 泵的有效功率，即單位時(shí)間內(nèi)液體從泵處獲得的機(jī)械能，W。有效功率可寫成 Ne

9、 = QHg由電機(jī)輸入離心泵的功率稱為泵的軸功率，以N表示。有效功率與軸功率之比定義為泵的總效率，即=Ne/N（2）泵內(nèi)損失離心泵內(nèi)的各種損失有：1）容積損失由于泵的泄漏所造成的損失稱為容積損失。無(wú)容積損失時(shí)泵的功率與有容積損失時(shí)泵的功率之比稱為泵的容積效率v。2）水力損失流體流過葉輪、泵殼時(shí)，流速大小和方向的改變以及逆壓強(qiáng)梯度的存在引起了環(huán)流和旋渦，造成了能量損失，這種損失稱為水力損失。額定流量下離心泵的水力效率h一般為0.8到0.9。3）機(jī)械損失高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪與液體間的摩擦以及軸承、軸封等處的機(jī)械摩擦造成的損失稱為機(jī)械損失。機(jī)械效率M一般為0.96到0.99。2 泵啟動(dòng)時(shí)對(duì)排出端閥門的閉合

10、要求2.1往復(fù)泵在開啟前必須開啟排出端閥門往復(fù)泵在開啟前必須開啟排出端閥門，具體原因如下：從原理上講，往復(fù)泵是容積式泵的一種，它是靠在泵缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞或柱塞來改變工作室的容積，從而達(dá)到吸入和排出液體的。只要柱塞力和工作室強(qiáng)度足夠大，從理論上說 泵的壓力就可無(wú)限高（不考慮泄露）。而實(shí)際上柱塞力（由動(dòng)力機(jī)提供）和工作室強(qiáng)度（由材料和結(jié)構(gòu)決定）總是有限的，因此如果壓力不斷升高，結(jié)果不是動(dòng)力機(jī)燒毀就是工作室破壞。所以泵啟動(dòng)前，必須把管路上的排出閥門全部打開，不允許排出管路堵塞，以免造成設(shè)備或人身傷亡事故；同時(shí)為了保證安全，在泵的排出管路上還必須設(shè)置安全閥，以保證排出壓力不高于它的額定值。這也就是

11、我們通常說的，往復(fù)泵開式啟動(dòng)。2.2離心泵在開啟前必須開啟排出端閥門離心泵在開啟前必須關(guān)閉排出端閥門。其原因是離心泵是靠葉輪離心力形成真空的吸力把水提起，所以，離心泵啟動(dòng)時(shí)，必須先把閘閥關(guān)閉，灌水。水位超過葉輪部位以上，排出離心泵中的空氣，才可啟動(dòng)。啟動(dòng)后，葉輪周圍形成真空，把水向上吸，其閘閥可自動(dòng)打開，把水提起。因此，必須先閉閘閥。3.排出端閥門的調(diào)節(jié)對(duì)泵流量的影響3.1排出端閥門的調(diào)節(jié)不能實(shí)現(xiàn)往復(fù)泵的流量的調(diào)節(jié)往復(fù)泵的理論流量是由單位時(shí)間內(nèi)活塞掃過的體積決定的，而與管路的特性無(wú)關(guān)，故往復(fù)泵的流量不能通過調(diào)節(jié)排出端閥門來實(shí)現(xiàn)。但往復(fù)泵有以下流量調(diào)節(jié)方法：1） 旁路閥調(diào)節(jié)：泵的送液量不變，只是

12、讓部分被壓出的液體返回貯池，使主管中的流量發(fā)生變化。顯然這種調(diào)節(jié)方法很不經(jīng)濟(jì)，只適用于流量變化幅度較小的經(jīng)常性調(diào)節(jié)；2）改變曲柄轉(zhuǎn)速：因電動(dòng)機(jī)是通過減速裝置與往復(fù)泵相連的，所以改變減速裝置的傳動(dòng)比可以很方便地改變曲柄轉(zhuǎn)速，從而改變活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的；3）改變活塞行程：改變活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的距離。3.2離心泵的流量可以通過排出端閥門的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)離心泵的流量可以通過調(diào)節(jié)排出端閥門來調(diào)節(jié)，因?yàn)橐欢ǖ谋迷谝欢ㄞD(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的揚(yáng)程有一限定值。工作點(diǎn)流量和軸功率取決于與泵連接的裝置系統(tǒng)的情況(位差、壓力差和管路損失)，揚(yáng)程隨流量而改變。4. 往復(fù)泵和離心泵在石油礦場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用4.1 往復(fù)泵在

13、石油礦場(chǎng)上的應(yīng)用石油礦場(chǎng)中應(yīng)用比較廣泛的往復(fù)泵的一種是泥漿泵。在鉆進(jìn)過程中，必須將泥漿從地面的泥漿罐，通過地面高壓管匯，立管，水龍帶，將泥漿送到鉆桿中，再次過程中則需要泥漿泵為泥漿的循環(huán)提供動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)通過泥漿來完成清洗鉆頭和洗井的目的。泥漿泵性能的兩個(gè)主要參數(shù)為排量和壓力。排量：排量以每分鐘排出若干升計(jì)算，它與鉆孔直徑及所要求的沖洗液自孔底上返速度有關(guān)，即孔徑越大，所需排量越大。要求沖洗液的上返速度能夠把鉆頭切削下來的巖屑巖粉及時(shí)沖離孔底，并可靠地?cái)y帶到地表。地質(zhì)巖心鉆探時(shí)，一般上返速度在0.41.0米/分左右。壓力：泵的壓力大小取決于鉆孔的深淺，沖洗液所經(jīng)過的通道的阻力以及所輸送沖洗液的性

14、質(zhì)等。鉆孔越深，管路阻力越大，需要的壓力越高。隨著鉆孔直徑、深度的變化，要求泵的排量也能隨時(shí)加以調(diào)節(jié)。在泵的機(jī)構(gòu)中設(shè)有變速箱或以液壓馬達(dá)調(diào)節(jié)其速度，以達(dá)到改變排量的目的。為了準(zhǔn)確掌握泵的壓力和排量的變化泥漿泵上要安裝流量計(jì)和壓力表，隨時(shí)使鉆探人員了解泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，同時(shí)通過壓力變化判別孔內(nèi)狀況是否正常以預(yù)防孔內(nèi)事故的發(fā)生。4.2 離心泵在石油礦場(chǎng)上的應(yīng)用離心泵在石油礦場(chǎng)中應(yīng)比較廣泛的是砂泵和水泵。其主要的應(yīng)用是給油田鉆機(jī)的循環(huán)固控系統(tǒng)配套，為除砂器、除泥器、混料器等提供具有一定排量和壓力的鉆井液，作為灌注泵給三缸泵灌注鉆井液，以保證這些設(shè)備高效工作。常用的砂泵和水泵系列為SB 系列，該系列泵設(shè)計(jì)精確，具有材質(zhì)運(yùn)用合理、工作效率高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。并采用組合式密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，嚴(yán)格的鑄造工藝以及新型專利技術(shù)的應(yīng)用，確保了該系列泵在現(xiàn)場(chǎng)使用過程中，性能穩(wěn)定，故障率低等優(yōu)勢(shì)。由于井場(chǎng)作業(yè)的砂泵雖然是離心泵，但其輸送的鉆井液是一種含有大量固相顆粒和各種化學(xué)添加