五柱塞泵

五柱塞泵*

刘超魏刚张国栋马毅

中国石油渤海石油装备制造有限公司中成机械制造公司

摘要：本文介绍了中国石油渤海装备中成机械制造公司往复式柱塞泵的研发过程、工作原理、产品结构、技术参数、性能特点、技术水平、相关用途等，并说明了五柱塞泵的知识产权、特色，以及室内试验与现场试验的情况。中成公司是五柱塞泵的定点生产厂家，其产品现在已经在国内各大油田广泛应用，并远销海外。

关键词：往复式五柱塞泵原理性能用途

中国石油渤海装备中成机械制造公司（以下简称中成公司）是原中国石油天然气总公司高压往复式柱塞泵的定点生产厂家，近年来开发设计水平、加工制造技术和产品质量不断提高，生产的高压往复式柱塞泵产品曾获国家级银牌奖。1995年通过了ISO 9001质量保证体系认证，1996年通过了ISO 10012计量检测体系认证。

中成公司自1981年开发研制高压往复式柱塞泵以来，走过了从仿制到自行研制开发的发展道路，现已开发出12个系列、几十个型号、近百个规格的高压往复式柱塞泵，有注水泵、注聚合物泵、液力平衡增压注水泵及油气混输泵等。公司生产的柱塞泵具有泵效高、工作平稳可靠、操作方便、压力排量调节范围广、易损件寿命长等特点，产品共申报、获批8项国家实用新型专利，这些专利成果在我国注水泵领域中位居技术前沿的。

1 工作原理

往复泵是泵类产品中出现最早的一种，至今已有2100多年的历史。在旋转式原动机出现以前，往复泵几乎是唯一的泵种。

泵有两大类，即，离心式和容积式。往复式柱塞泵属于容积式泵，即它是借助工作腔里的容积周期性变化实现输送介质的目的。原动机的机械能经泵直接转化为输送介质的压力能。泵的流量只取决于工作腔容积变化值及其在单位时间内的变化次数（频率），而（在理论上）与排出的压力无关。

我们目前常用的注水泵采用曲柄连杆机构为传动端，通过这一机构把原动机的旋转运动转化为柱塞的往复式运动。

往复式柱塞泵和其他类型容积式泵的区别在于它实现工作腔容积变化的方式和结构的特点：往复式柱塞泵是借助于柱塞（活塞）在液缸工作腔内的往复运动（或通过隔膜、波纹管等挠性元件在工作腔内的周期性弹性变形）来使工作腔容积产生周期性变化的；在结构上，往复式柱塞泵工作腔是借助密封装置与外界隔开，通过泵阀 (吸入阀和排出阀)与管路沟通或闭合。往复式柱塞泵这一实现工作腔容积变化的方式和结构，使此类泵的性能参数和总体结构具有一系列特点。

2 性能与用途

往复泵是工业泵中不可缺少的一类产品。它的突出优点是：可获得高的排压，且流量与压力无关，适应输送的介质十分广泛，吸入性能好，效率高，泵的性能不随压力和输送介质黏度的变动而变动。

在当今世界能源紧缺的形势下，往复泵作为节能产品，在油田开发、管道输煤、煤气化工、电站排渣、矿山开采等行业受到青睐，在压力容器检测和实现现代化石油化工工业全面自动化操作方面发挥着不可替代的作用。

中成公司生产的往复式五柱塞泵，在吸入压力过低、排出压力过高、润滑油温度过高、过载、电流三相不平衡、电机轴承和绕组温度过高时有报警停机功能。往复式五柱塞泵可以用于以液压为动力的各种类型的设备，不仅应用于油田注水和大排量污水回注、煤矿层注水、洗井，还可作为水力活塞泵采油的地面泵、热采锅炉给水泵、注微生物溶液泵。

随着油田开发的深入，油田注水系统不断地进行调整、改造、完善。注水系统向多功能化发展，特别是在油田开采进入后期，原油含水量越来越高的情况下，为了防止外排对环境造成污染，各油田迫切需求将污水回注。为此中成公司研发了五柱塞泵注水流程，主要由注水泵机组、过滤系统、加药系统、配电系统、配水系统、撬装系统等组成。整套系统可移动并能实现远传控制，保证操作安全。可实现单井单注或单井多注，满足用户需求。

3 结构

根据输出功率的大小，五柱塞泵确定了两种传动形式，具有两种结构组成。

3.1 皮带传动结构组成

皮带传动结构主要由动力端总成（五拐三支承结构）、液力端总成、底座总成、皮带轮总成、电机等几部分组成（图1）。

图1 皮带传动结构组成

3.2齿轮传动结构组成

齿轮传动结构主要由动力端总成（专利技术：内部双侧斜齿轮传动、五拐四支承结构）、液力端总成、底座总成、电机组成。

4 技术参数

中成公司生产的五柱塞泵压力排量调节范围广，泵流量为12～180m 3/h ，泵的吸入压力为0.03～

1.5MPa ，泵的排出压力为10～48MPa ，泵的输入功率为132～630kW ，可完全满足油田各种工况下的生产需要。

5 自主知识产权及特色技术

5.1 密封盒双定位结构

该结构已获得国家专利。箱体采用密封盒双定位结构，可有效避免因盘根盒及十字头同心度偏差造成的拉缸现象，改善柱塞泵的运行状况，延长填料、密封盒、双头螺栓及柱塞等的使用寿命。

5.2 五拐四支撑结构

该结构已获国家专利。在曲轴箱内沿十字头滑道孔轴向增设两轴承座，该轴承座上下均与曲轴箱体连接，起到加强筋作用，不但增强了曲轴箱体的刚性，也改善了工作中曲轴的受力状况。

5.3 齿轮快装装置

该结构已获国家专利。它克服了现有柱塞往复式注水泵齿轮装配方法中需要加热设备以及注水液力端总成 护罩总成

底座总成 仪表管路总成 电机

皮带轮总成

皮带

动力端总成

现场维修作业不便的缺点，在现场无需加热设备及其他特殊辅助设备，就可以方便地进行大齿轮的拆装，且不会因拆装而导致齿轮的损坏，

6 柱塞泵台架试验

柱塞泵试验室的测量系统采用由中国农业机械化科学研究院开发的“PMS水泵自动测试系统”。该系统以Pentium Ⅳ微电脑为核心，可对水泵试验过程自动控制，自动采集和计算处理试验数据，包括流量、压力、温度、泵转速、泵效等参数检测。每一台泵都必须经过试车台测试后出厂，以保证产品质量。

7 现场应用情况

往复泵主要适用于高压（或超高压）、小流量，要求泵的流量恒定或定量（计量）或成比例地输送各种不同的介质（液体），或者要求吸入性能好，或者要求有自吸性能的场合。它是一类品种多、批量少，而通用化程度较低、专业配套性很强的产品。常常因某一生产工艺的需要而产生，又随着这一生产工艺的重大改革或取消而更新或淘汰。当这种生产工艺长期稳定时，也就有基本上适应这一工艺需要的定型产品。要想求得往复泵的生存与更进一步的发展，从根本意义上来讲，就要扬长避短，充分发挥往复泵本身的优势。

中成公司生产的往复式柱塞泵至今在国内市场覆盖率达95%以上，近几年由于产能限制，市场占有率略有下滑，但年销售额仍可占有市场份额的40%～45%。2010年新厂房投产，大量新型设备投入加工使用，产能已在逐步提升。2006年研制的500kW超大排量五柱塞泵是目前国内功率最大的柱塞泵，在冀东油田，中原油田等市场获得广泛应用，取得良好的社会及经济效益。在国内市场保持领先地位的同时，中成公司还将产品销往阿塞拜疆、哈萨克斯坦、叙利亚、印度尼西亚、印度等国家，受到一致好评。出口叙利亚的2台5ZB－12/42型柱塞泵，现场工况相对恶劣，输送介质腐蚀性较强，Cl—含量高达130000mg/L，经过公司技术人员的努力，解决了设备耐腐蚀的难题，投入运转至今情况良好。在国际市场上，中成公司的品牌形象已初显光彩。

【参考文献】

[1]往复泵设计编写组.往复泵设计[M].北京:机械工业出版社,1987.

（收稿日期：2011-02-16）

*中国石油天然气集团公司2010年度自主创新重要产品。

获专利情况：“水平直通式组合板阀整体泵头”（专利号：ZL 96244148.1）、“往复式注水泵双侧齿轮减速装置”（专利号：ZL 2005 2 0005598.X）、“往复式五柱塞注水泵曲轴五拐四支撑装置”（专利号：ZL 2006 2 0001499.9）、“往复式注水泵皮带轮”（专利号：ZL 2006 2 0119396.2）、“往复柱塞式注水泵盘根盒双定位装置”（专利号：ZL 2008 2 0109924.5）、“柱塞式注水泵十字头滑道装置”（专利号：ZL 2009 2 0107122.5）、“柱塞往复式注水泵齿轮快装装置”（专利号：ZL 2009 2 0246757.3）。

第一作者简介：刘超，1983年生，工程师，2005年毕业于长江大学机械工程学院机械设计制造及其自动化专业，现从事石油机械产品开发工作。 E-mail：ily1314cn@