柱塞泵机械效率的研究
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——（式１） 其中：Ｕ为输入电压，Ｖ；Ｉ为输入电流，Ａ；ｃｏｓφ为 泵功率因数，常数；η为效率，常数。 １．２ 柱塞泵输出功率：
——（式２） 其中：Ｑ为柱塞泵流量，ｍ３／ｓ；ΔＰ为柱塞泵进出口压 差，ＭＰａ。 １．３ 柱塞泵机械效率：
——（式３）
２ 流量计对测量的影响 各种流量计有不同的计量原理，技术指标和使用范围也
有所不同。选择流量计时就需要熟知每一种流量计的性能以 及各参数，根据现场实际情况选取合适的流量计，保证测量 值的精确度。
对于柱塞泵而言，其注入介质主要是含油污水，其中含 有油、活性物质等具有粘附性的物质，以及铁等金属离子， 且在管道运移以及大罐储存中也会受到一定的污染，水质较 差。在选择流量计的时候应综合考虑这些问题。
图４ 柱塞泵某段时间单根柱塞轴向振幅动态数据分析图
分析图４得知，３＃柱塞出现异常，对这根柱塞进行密切 监测，最后确定吸液阀片出现问题。修复中发现该柱塞液 力端大簧断裂，卡住了吸液阀片。
结合振幅判断故障表（见表１），利用监测数据可对泵 头故障进行准确的判断。以下数据适合于大港中成公司制 造的５ＺＢ－２０／３８柱塞泵，同时也跟配件的型号，质量有一定 关系。现场可以根据自己实际情况进行分析总结，得出适 合自己的故障判断数据。
Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Langfang,Hebei 065007) Abstract:Due to the high pressure and big vibration,the plunger pump is susceptible to damages of its parts which could lower the efficiency.This article mainly discussed the influence of the flowmeter on the measure value and the use of dynamic monitoring to improve the pump efficiency. Key words:Plunger Pump;Mechanical efficiency;Flowmeter;Dynamic monitoring
开发应用
柱塞泵机械效率的研究
张创国１ 程凌强２ 刘 鹏１ 侯冬冬３ 寇慧慧４
（１．大港油田第六采油厂，河北 沧州 ０６１１００；２．大港油田测试公司，天津 ３００２８０； ３．中国石油大学石油工程学院，山东 青岛 ２６６５５５；４．中国科学院渗流流体力学研究所，河北 廊坊 ０６５００７）
摘 要：柱塞泵由于压力高，振动大，极易造成各部件的损坏，使机泵机械效率降低。本文主要从流量计对测量值的影 响以及利用动态监测，提高机泵效率这两方面进行研究。通过电磁流量计和涡轮流量计不同测量值的对比，说明选择合 适流量计的重要性。利用动态监测，可以及时准确发现机泵故障，保证机泵的高效率运行。 关键词：柱塞泵；机械效率；流量计；动态监测 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１１．０４．０１９
术，２０１０，３７（７）：４～５． ［４］ 王江萍，王 玮，赵小宏等．五缸柱塞泵故障模糊综合诊断方法
的研究［Ｊ］．石油机械，２００３，３０（１１）：４１～４４．
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于其测量精度最高，成为使用最广泛的流量计。１＃柱塞泵运 行时的数据见图２。
百度文库
极其重要。柱塞泵由于振动这一明显特征而导致了一系列 问题，但是它的振动也可以作为监测的对象，正确的反映 泵体内部的运转情况。振动动态监测的基本流程见图３。
由于柱塞泵泵头是液体吸入和排出的部位，零部件较 多，处于流体的激荡区，压力变化大，振动大，极易造成 各个零部件的损坏，在现场主要对此处进行监测。图４为监 测数据库中柱塞泵某一段时间的动态数据分析图。
参考文献： ［１］ 周红生，王乙福，薛兴昌．浅谈离心泵与柱塞泵在油田注水中的
应用［Ｊ］．油气田地面工程，２００４，２３（８）：１９． ［２］ 罗 明 舫 ， 姚 如 旺 ．提高 注 水 泵 泵 效 的 有 效 途 径 ［Ｊ］．青 海 石
油，２００２，２４（６）：３１～３４． ［３］ 张 建 波 ．浅 谈 各 种 流 量 计 的 优 缺 点 ［Ｊ］．计 量 与 测 试 技
Research on Mechanical Efficiency of The Plunger Pump ZHANG Chuang-guo1，CHENG Ling-qiang2，LIU Peng 1，HOU Dong-dong3，KOU Hui-hui4 (1.Dagang Oilfield Sixth Factory,Changzhou,Hebei 061100;2.Dagang Oilfield Test Company,Tianjin 300280;3.College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao,Shandong 266555;4.Institute of Porous Flow and Fluid
现阶段，高压柱塞泵在各大油田的注水工作中得到了 普遍的应用。柱塞泵具有高扬程，高泵效，以及造价低等 优点，适用于注水量较小，注水压力较大和压力不稳定的 区 块［１］。由于高压注水泵体内液体压力较高，流体不均 匀，脉冲相对较大，极易造成各部件的损坏，造成机泵带 病运行。机泵带病运行，会造成机泵的机械效率降低，增 大能耗，从而影响注水开发的效果。
涡轮流量计，是速度式流量计中的主要种类，它是采用 多叶片的转子（涡轮）感受流体平均流速，从而推导出流量的
收稿日期：２０１０－１２－０８ 修回日期：２０１０－１２－３０ 作者简介：张创国，助理工程师。
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中国西部科技 ２０１１年０２月（上旬）第１０卷第０４期总第２３７期
仪表［３］。 在目前广泛应用的所有流量测量计中，涡轮流量计由
大港油田第六采油厂羊三木油田采用的是大港中成公 司生产的５ＺＢ－２０／３８柱塞泵，压力高、振动大，各部件容 易损坏，因此机泵机械效率测量的准确性和机泵运行动态 的监测非常必要。本文主要以该泵为研究对象，对机泵效 率的测量的影响因素以及如何提高机械效率来进行研究。 １ 机械效率的计算［２］ １．１ 电动机输入功率：
柱塞泵由于其振动大，负载大，工况恶劣，易导致个 部件损坏，维修频繁［４］。因此，引入机泵的状态监测就显得
表１ 振幅判断故障表
４ 总结 对比不同流量计在同一台泵所产生的不同机械效率，
可以看出不同流量计对机械效率的测量是有一定的影响。 在使用电磁流量计的时候，所测流量总有逐渐下降的趋 势，存在一定的不稳定性，而且流量计内壁和电极极易附 着粘性物和沉淀物。在更换了涡轮流量计之后，发现相对 比电磁流量计，涡轮流量计所测流量有明显降低，每小时 差７ｍ３到８ｍ左３ 右，但是测量数据趋于稳定。此外，动态监测 能够及时发现故障，避免机泵带病运行，使机泵在高效率 区间运行。
图３ 动态监测流程
更换为涡轮流量计之后，平均机械效率变为７２．３０％， 相比较电磁流量计降低了近１０个百分点。由此可见，不同 的流量计在同一台泵上产生了一定的偏差。 ３ 动态监测机泵的状态
对运转中的设备整体或其零部件的技术状态进行检查 鉴定，以判断其运转是否正常，有无异常与劣化征兆，或 对异常情况进行追踪，预测其劣化趋势，确定其劣化及磨 损程度等，这种活动就称为状态监测。
羊三木油田注水站经过了一次工艺改造，把以前的电磁 流量计换成了涡轮流量计，因此本文主要从这两种流量计对 测量造成的影响进行比较研究。 ２．１ 电磁流量计
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量 导电性液体的仪表。电磁流量计可应用于污流、腐蚀流的测 量［３］。
以下是在使用电磁流量计时测取的１＃柱塞泵工频运转的 流量，并根据其他数据计算出的一组泵效。柱塞泵输入电压 为３８０Ｖ，工频运转电流为４４０Ａ左右，电机功率因数为０．８８， 电机效率为０．９７。１＃柱塞泵运行时的数据见图１。柱塞泵的平 均机械效率为８０．８２％，机械效率较高。 ２．２ 涡轮流量计
——（式２） 其中：Ｑ为柱塞泵流量，ｍ３／ｓ；ΔＰ为柱塞泵进出口压 差，ＭＰａ。 １．３ 柱塞泵机械效率：
——（式３）
２ 流量计对测量的影响 各种流量计有不同的计量原理，技术指标和使用范围也
有所不同。选择流量计时就需要熟知每一种流量计的性能以 及各参数，根据现场实际情况选取合适的流量计，保证测量 值的精确度。
对于柱塞泵而言，其注入介质主要是含油污水，其中含 有油、活性物质等具有粘附性的物质，以及铁等金属离子， 且在管道运移以及大罐储存中也会受到一定的污染，水质较 差。在选择流量计的时候应综合考虑这些问题。
图４ 柱塞泵某段时间单根柱塞轴向振幅动态数据分析图
分析图４得知，３＃柱塞出现异常，对这根柱塞进行密切 监测，最后确定吸液阀片出现问题。修复中发现该柱塞液 力端大簧断裂，卡住了吸液阀片。
结合振幅判断故障表（见表１），利用监测数据可对泵 头故障进行准确的判断。以下数据适合于大港中成公司制 造的５ＺＢ－２０／３８柱塞泵，同时也跟配件的型号，质量有一定 关系。现场可以根据自己实际情况进行分析总结，得出适 合自己的故障判断数据。
Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Langfang,Hebei 065007) Abstract:Due to the high pressure and big vibration,the plunger pump is susceptible to damages of its parts which could lower the efficiency.This article mainly discussed the influence of the flowmeter on the measure value and the use of dynamic monitoring to improve the pump efficiency. Key words:Plunger Pump;Mechanical efficiency;Flowmeter;Dynamic monitoring
开发应用
柱塞泵机械效率的研究
张创国１ 程凌强２ 刘 鹏１ 侯冬冬３ 寇慧慧４
（１．大港油田第六采油厂，河北 沧州 ０６１１００；２．大港油田测试公司，天津 ３００２８０； ３．中国石油大学石油工程学院，山东 青岛 ２６６５５５；４．中国科学院渗流流体力学研究所，河北 廊坊 ０６５００７）
摘 要：柱塞泵由于压力高，振动大，极易造成各部件的损坏，使机泵机械效率降低。本文主要从流量计对测量值的影 响以及利用动态监测，提高机泵效率这两方面进行研究。通过电磁流量计和涡轮流量计不同测量值的对比，说明选择合 适流量计的重要性。利用动态监测，可以及时准确发现机泵故障，保证机泵的高效率运行。 关键词：柱塞泵；机械效率；流量计；动态监测 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１１．０４．０１９
术，２０１０，３７（７）：４～５． ［４］ 王江萍，王 玮，赵小宏等．五缸柱塞泵故障模糊综合诊断方法
的研究［Ｊ］．石油机械，２００３，３０（１１）：４１～４４．
42
于其测量精度最高，成为使用最广泛的流量计。１＃柱塞泵运 行时的数据见图２。
百度文库
极其重要。柱塞泵由于振动这一明显特征而导致了一系列 问题，但是它的振动也可以作为监测的对象，正确的反映 泵体内部的运转情况。振动动态监测的基本流程见图３。
由于柱塞泵泵头是液体吸入和排出的部位，零部件较 多，处于流体的激荡区，压力变化大，振动大，极易造成 各个零部件的损坏，在现场主要对此处进行监测。图４为监 测数据库中柱塞泵某一段时间的动态数据分析图。
参考文献： ［１］ 周红生，王乙福，薛兴昌．浅谈离心泵与柱塞泵在油田注水中的
应用［Ｊ］．油气田地面工程，２００４，２３（８）：１９． ［２］ 罗 明 舫 ， 姚 如 旺 ．提高 注 水 泵 泵 效 的 有 效 途 径 ［Ｊ］．青 海 石
油，２００２，２４（６）：３１～３４． ［３］ 张 建 波 ．浅 谈 各 种 流 量 计 的 优 缺 点 ［Ｊ］．计 量 与 测 试 技
Research on Mechanical Efficiency of The Plunger Pump ZHANG Chuang-guo1，CHENG Ling-qiang2，LIU Peng 1，HOU Dong-dong3，KOU Hui-hui4 (1.Dagang Oilfield Sixth Factory,Changzhou,Hebei 061100;2.Dagang Oilfield Test Company,Tianjin 300280;3.College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao,Shandong 266555;4.Institute of Porous Flow and Fluid
现阶段，高压柱塞泵在各大油田的注水工作中得到了 普遍的应用。柱塞泵具有高扬程，高泵效，以及造价低等 优点，适用于注水量较小，注水压力较大和压力不稳定的 区 块［１］。由于高压注水泵体内液体压力较高，流体不均 匀，脉冲相对较大，极易造成各部件的损坏，造成机泵带 病运行。机泵带病运行，会造成机泵的机械效率降低，增 大能耗，从而影响注水开发的效果。
涡轮流量计，是速度式流量计中的主要种类，它是采用 多叶片的转子（涡轮）感受流体平均流速，从而推导出流量的
收稿日期：２０１０－１２－０８ 修回日期：２０１０－１２－３０ 作者简介：张创国，助理工程师。
41
中国西部科技 ２０１１年０２月（上旬）第１０卷第０４期总第２３７期
仪表［３］。 在目前广泛应用的所有流量测量计中，涡轮流量计由
大港油田第六采油厂羊三木油田采用的是大港中成公 司生产的５ＺＢ－２０／３８柱塞泵，压力高、振动大，各部件容 易损坏，因此机泵机械效率测量的准确性和机泵运行动态 的监测非常必要。本文主要以该泵为研究对象，对机泵效 率的测量的影响因素以及如何提高机械效率来进行研究。 １ 机械效率的计算［２］ １．１ 电动机输入功率：
柱塞泵由于其振动大，负载大，工况恶劣，易导致个 部件损坏，维修频繁［４］。因此，引入机泵的状态监测就显得
表１ 振幅判断故障表
４ 总结 对比不同流量计在同一台泵所产生的不同机械效率，
可以看出不同流量计对机械效率的测量是有一定的影响。 在使用电磁流量计的时候，所测流量总有逐渐下降的趋 势，存在一定的不稳定性，而且流量计内壁和电极极易附 着粘性物和沉淀物。在更换了涡轮流量计之后，发现相对 比电磁流量计，涡轮流量计所测流量有明显降低，每小时 差７ｍ３到８ｍ左３ 右，但是测量数据趋于稳定。此外，动态监测 能够及时发现故障，避免机泵带病运行，使机泵在高效率 区间运行。
图３ 动态监测流程
更换为涡轮流量计之后，平均机械效率变为７２．３０％， 相比较电磁流量计降低了近１０个百分点。由此可见，不同 的流量计在同一台泵上产生了一定的偏差。 ３ 动态监测机泵的状态
对运转中的设备整体或其零部件的技术状态进行检查 鉴定，以判断其运转是否正常，有无异常与劣化征兆，或 对异常情况进行追踪，预测其劣化趋势，确定其劣化及磨 损程度等，这种活动就称为状态监测。
羊三木油田注水站经过了一次工艺改造，把以前的电磁 流量计换成了涡轮流量计，因此本文主要从这两种流量计对 测量造成的影响进行比较研究。 ２．１ 电磁流量计
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量 导电性液体的仪表。电磁流量计可应用于污流、腐蚀流的测 量［３］。
以下是在使用电磁流量计时测取的１＃柱塞泵工频运转的 流量，并根据其他数据计算出的一组泵效。柱塞泵输入电压 为３８０Ｖ，工频运转电流为４４０Ａ左右，电机功率因数为０．８８， 电机效率为０．９７。１＃柱塞泵运行时的数据见图１。柱塞泵的平 均机械效率为８０．８２％，机械效率较高。 ２．２ 涡轮流量计