往复泵和离心泵的功能、性能及应用的对比阐述摘要：通过对《石油工程流体机械》课程的学习，本文对往复泵和离心泵的功能、性能及应用进行了对比分析，加深了对两种泵的理解，为今后在设计工作中更好的应用打下了良好的基础。

关键词：往复泵离心泵排出端阀门流量1 往复泵和离心泵的结构、工作原理及性能1.1 往复泵的结构、工作原理及性能1.1.1 往复泵的结构往复泵主要由两大部分组成，即往复泵的动力端（驱动端）和液力端（水力端）。

（1）. 动力端主要由输入轴、输出轴（主轴）、曲柄、连杆、十字头（十字头为动力端与液力端的分界点）等总成组成。

(2). 液力端主要由由液缸、活塞、活塞杆、吸排阀室（阀箱）、吸排阀、吸排管线等总成组成。

1.1.2 往复泵的工作原理(1).活塞由电动的曲柄连杆机构带动，把曲柄的旋转运动变为活塞的往复运动；或直接由蒸汽机驱动，使活塞做往复运动；(2).当活塞从右向左运动时，泵缸内形成低压，排出阀受排出管内液体的压力而关闭；吸入阀受缸内低压的作用而打开，储罐内液体被吸入缸内；(3).当活塞从左向右运动时，由于缸内液体压力增加，吸入阀关闭，排出阀打开向外排液。

由此可见，往复泵是依靠活塞的往复运动直接以压力能的形式向液体提供能量的。

1.1.3 往复泵的性能特点(1) 效率高而且高效区宽。

(2) 能达到很高压力，压力变化几乎不影响流量，因而能提供恒定的流量。

(3) 具有自吸能力，可输送液、气混合物，特殊设计的还能输送泥浆、混凝土等。

(4) 流量和压力有较大的脉动，特别是单作用泵，由于活塞运动的加速度和液体排出的间断性，脉动更大。

通常需要在排出管路上（有时还在吸入管路上）设置空气室使流量比较均匀。

采用双作用泵和多缸泵还可显著地改善流量的不均匀性。

(5) 速度低，尺寸大，结构较离心泵复杂，需要有专门的泵阀，制造成本和安装费用都较高。

活塞泵主要用于给水，手动活塞泵是一种应用较广的家庭生活水泵。

柱塞泵用于提供高压液源，如水压机的高压水供给，它和活塞泵都可作为石油矿场的钻井泥浆泵、抽油泵。

隔膜泵特别适合于输送有剧毒、放射性、腐蚀性的液体、贵重液体和含有磨砾性固体的液体。

隔膜泵和柱塞泵还可当作计量泵使用。

1.2 往复泵的结构、工作原理及性能1.2.1 离心泵的结构离心泵的基本构造是由六部分组成的，分别是：叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环，填料函。

下面分别对各组成部分的主要作用进行介绍：（1）叶轮叶轮是离心泵的核心部分，它转速高输出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。

叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。

（2）泵体泵体也称泵壳，它是水泵的主体。

起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。

（3）泵轴泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转距传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。

（4）轴承轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。

滚动轴承使用牛油作为润滑剂，加油要适当，一般为2/3～3/4的体积，太多会发热，太少又有响声并发热。

密封环：又称减漏环。

叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低；间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。

为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外缘结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.25～1.10mm之间为宜。

（5）填料函填料函主要由填料、水封环、填料筒、填料压盖、水封管组成。

填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。

始终保持水泵内的真空。

当泵轴与填料摩擦产生热量，就要靠水封管注水到水封圈内使填料冷却，保持水泵的正常运行。

所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查时特别要注意：在运行600个小时左右就要对填料进行更换。

1.2.2 离心泵的工作原理离心泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。

吸水室位于叶轮的前面，其作用是把液体引向叶轮，有直锥形、弯管形和螺旋形三种形式。

叶轮是泵的最重要的工作元件，是过流部件的心脏，叶轮由盖板和中间的叶片组成。

压水室主要有螺旋形水室、导叶和空间导叶三种形式，另外还有一种环形压水室，主要用于泥浆泵、污水泵等抽送悬浮的泵。

其作用是将叶轮中流出的液体收集起来，并送往压力管路或下一级叶轮的输入口中。

在将液体送住压力管路或下一级叶轮前，消除液流的旋转运动，把液流有这部分旋转动能转化成压能。

同时降低液流的流速，以减小压力管路中的水力损失或适合下一级叶轮吸入口的要求。

在螺旋形压出室的未端，一般还装上一个扩散段，用来进一步将液流的动能转化为压能。

离心泵工作之前，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，泵轴带动叶轮一起做高速旋转运动，迫使预先充灌在叶片间的液体旋转，在惯性离心力的作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。

液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。

当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流入排出管路。

所以蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且又是一个转能装置。

当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区，在贮槽液面与叶轮中心总势能差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。

依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。

液体在离心泵中获得的机械能量最终表现为静压能的提高。

1.2.3 离心泵的性能特点（1）离心泵功率与效率泵在运转过程中由于存在种种损失，使泵的实际（有效）压头和流量均较理论值为低，而输入泵的功率较理论值为高，设H______ 泵的有效压头，即单位量液体在重力场中从泵获得的能量，m；Q ______ 泵的实际流量，m3/s；ρ ______ 液体密度，kg/ m3；Ne______ 泵的有效功率，即单位时间内液体从泵处获得的机械能，W。

有效功率可写成Ne = QHρg由电机输入离心泵的功率称为泵的轴功率，以N表示。

有效功率与轴功率之比定义为泵的总效率η，即η=Ne/N（2）泵内损失离心泵内的各种损失有：1）容积损失由于泵的泄漏所造成的损失称为容积损失。

无容积损失时泵的功率与有容积损失时泵的功率之比称为泵的容积效率ηv。

2）水力损失流体流过叶轮、泵壳时，流速大小和方向的改变以及逆压强梯度的存在引起了环流和旋涡，造成了能量损失，这种损失称为水力损失。

额定流量下离心泵的水力效率ηh一般为0.8到0.9。

3）机械损失高速转动的叶轮与液体间的摩擦以及轴承、轴封等处的机械摩擦造成的损失称为机械损失。

机械效率ηM一般为0.96到0.99。

2 泵启动时对排出端阀门的闭合要求2.1往复泵在开启前必须开启排出端阀门往复泵在开启前必须开启排出端阀门，具体原因如下：从原理上讲，往复泵是容积式泵的一种，它是靠在泵缸内作往复运动的活塞或柱塞来改变工作室的容积，从而达到吸入和排出液体的。

只要柱塞力和工作室强度足够大，从理论上说泵的压力就可无限高（不考虑泄露）。

而实际上柱塞力（由动力机提供）和工作室强度（由材料和结构决定）总是有限的，因此如果压力不断升高，结果不是动力机烧毁就是工作室破坏。

所以泵启动前，必须把管路上的排出阀门全部打开，不允许排出管路堵塞，以免造成设备或人身伤亡事故；同时为了保证安全，在泵的排出管路上还必须设置安全阀，以保证排出压力不高于它的额定值。

这也就是我们通常说的，往复泵开式启动。

2.2离心泵在开启前必须开启排出端阀门离心泵在开启前必须关闭排出端阀门。

其原因是离心泵是靠叶轮离心力形成真空的吸力把水提起，所以，离心泵启动时，必须先把闸阀关闭，灌水。

水位超过叶轮部位以上，排出离心泵中的空气，才可启动。

启动后，叶轮周围形成真空，把水向上吸，其闸阀可自动打开，把水提起。

因此，必须先闭闸阀。

3.排出端阀门的调节对泵流量的影响3.1排出端阀门的调节不能实现往复泵的流量的调节往复泵的理论流量是由单位时间内活塞扫过的体积决定的，而与管路的特性无关，故往复泵的流量不能通过调节排出端阀门来实现。

但往复泵有以下流量调节方法：1）旁路阀调节：泵的送液量不变，只是让部分被压出的液体返回贮池，使主管中的流量发生变化。

显然这种调节方法很不经济，只适用于流量变化幅度较小的经常性调节；2）改变曲柄转速：因电动机是通过减速装置与往复泵相连的，所以改变减速装置的传动比可以很方便地改变曲柄转速，从而改变活塞往复运动的频率，达到调节流量的目的；3）改变活塞行程：改变活塞往复运动的距离。

3.2离心泵的流量可以通过排出端阀门的调节来实现离心泵的流量可以通过调节排出端阀门来调节，因为一定的泵在一定转速下所产生的扬程有一限定值。

工作点流量和轴功率取决于与泵连接的装置系统的情况(位差、压力差和管路损失)，扬程随流量而改变。

4. 往复泵和离心泵在石油矿场的实际应用4.1 往复泵在石油矿场上的应用石油矿场中应用比较广泛的往复泵的一种是泥浆泵。

在钻进过程中，必须将泥浆从地面的泥浆罐，通过地面高压管汇，立管，水龙带，将泥浆送到钻杆中，再次过程中则需要泥浆泵为泥浆的循环提供动力，以实现通过泥浆来完成清洗钻头和洗井的目的。

泥浆泵性能的两个主要参数为排量和压力。

排量：排量以每分钟排出若干升计算，它与钻孔直径及所要求的冲洗液自孔底上返速度有关，即孔径越大，所需排量越大。

要求冲洗液的上返速度能够把钻头切削下来的岩屑﹑岩粉及时冲离孔底，并可靠地携带到地表。

地质岩心钻探时，一般上返速度在0.4～1.0米/分左右。

压力：泵的压力大小取决于钻孔的深浅，冲洗液所经过的通道的阻力以及所输送冲洗液的性质等。

钻孔越深，管路阻力越大，需要的压力越高。

随著钻孔直径、深度的变化，要求泵的排量也能随时加以调节。

在泵的机构中设有变速箱或以液压马达调节其速度，以达到改变排量的目的。

为了准确掌握泵的压力和排量的变化﹐泥浆泵上要安装流量计和压力表，随时使钻探人员了解泵的运转情况，同时通过压力变化判别孔内状况是否正常以预防孔内事故的发生。

4.2 离心泵在石油矿场上的应用离心泵在石油矿场中应比较广泛的是砂泵和水泵。

其主要的应用是给油田钻机的循环固控系统配套，为除砂器、除泥器、混料器等提供具有一定排量和压力的钻井液，作为灌注泵给三缸泵灌注钻井液，以保证这些设备高效工作。

常用的砂泵和水泵系列为SB 系列，该系列泵设计精确，具有材质运用合理、工作效率高、使用寿命长等特点。

并采用组合式密封结构设计，严格的铸造工艺以及新型专利技术的应用，确保了该系列泵在现场使用过程中，性能稳定，故障率低等优势。

由于井场作业的砂泵虽然是离心泵，但其输送的钻井液是一种含有大量固相颗粒和各种化学添加剂的悬浮液，因此除要考虑一般离心泵的轴向力、密封等问题外，还必须考虑磨损、冲击和腐蚀等问题。

SB 系列砂泵在设计中则解决了这些问题，其叶轮和泵壳形式符合两相流的运动规律，因此在很大程度上降低了磨损和腐蚀问题。