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摘 要：装船泵是石油化工行业汽油和柴油储罐工程中广泛应用的设备，主要用于成品油的输送。本文介绍了一种两级双吸水平中开卧式装船泵，在满足用户使用要求的前提下，对结构进行优化，采用优秀的水力模型提高其效率和抗汽蚀性能。
关键词：装船泵；双吸叶轮；水平中开；双过渡流道
一、前言
目前我国处于加快工业发展的关键阶段，量大而面广的机电设备是工业企业的主要终端用能用电设备，每年要消耗大量的电力能源。在倡导绿色低碳、节能减排政策的推动下，节能机电设备采用新的设计理念、新工艺及新材料，通过降低损耗提高设备的效率成为发展的趋势。而我国石油化工行业的迅速发展更离不开先进的泵类产品，KSY700-150型装船泵就是在此环境下研制出的高效节能产品。
二、泵的运行工况及主要技术性能指标
2.1泵的运行工况如下：
输送介质 柴油 汽油
介质温度℃ 50 50
介质密度kg/m3 840 720
额定流量m3/h 730 730
进口压力MPa 0.15 0.15
出口压力MPa 1.41 1.41
扬程m 150 150
必须汽蚀余量m 3 3
2.2泵的主要技术性能指标如下：
流量Q=730m3/h；扬程H=150m；
效率η=77%；轉速n=1480r/min；
必须汽蚀余量NPSHr=3m。
三、泵的结构设计
KSY700-150型装船泵为水平中开、两级双吸、两端支撑式离心泵，设计制造完全按照美国石油学会API610-2010《石油、化学和天然气工业用离心泵》执行，属于标准的BB1结构。根据用户的特殊要求，泵出口布置在驱动侧，而泵入口布置在非驱动侧，从驱动端看泵为逆时针方向旋转，泵的结构如图1所示。
图1
3.1整体结构
泵为水平中开式结构，接近中心线支撑，泵的吸入管与吐出管均在轴心线下方成水平方向布置，和泵体铸成一体，与轴中心线成水平垂直；泵体分为两部分，即泵体和泵盖，共同构成泵的工作室。泵体和泵盖的结合面在轴心线水平面上，结合面处密封用1mm厚的高压耐油垫片。打开泵盖就可以检查泵内的全部零件，无需拆卸泵的吸入管道、吐出管道及电机，因此检修十分方便。
3.2泵体与泵盖
泵体和泵盖均采用树脂砂铸造以保证中开面处流道的错牙值小于1mm，并通过打磨抛光等后续处理，以确保过流部分的尺寸精度及表面粗糙度，这也为泵的高效率提供了保障。泵盖上最高点有放气螺纹孔，开车前可从这个放气孔排出泵内空气。在吸入管和吐出管最低位置设有排液螺纹孔，方便泵停止工作检修时放出泵体中的液体。
3.3壳体口环与级间衬套
壳体口环与级间衬套采取了特殊的设计方法，就是在其下半圆加凸台，而上半圆不带凸台，这样在泵体和泵盖装配后壳体口环与级间衬套位置被固定，不会随着转子部件转动，不但安装方便还起到了很好的节流作用，大大减少了级间泄露，从而间接提高了泵的效率。
3.4转子部件
转子部件包括轴、叶轮、叶轮口环、轴套、轴套螺母和键等，每一个叶轮都由轴套螺母和轴凸台独立固定在轴上，转子动平衡精度为G1.0级，以保证泵运行过程中振动和噪声都在国家标准规定的范围内。转子部件是泵设备的核心，因此在设计时刚度和强度都留有足够的裕量。
3.5轴承体
泵的转子由两侧滚动球轴承来支撑，驱动端为一个向心球轴承，非驱动端为一组推力球轴承。这是标准的稀油自润滑轴承体，使用32号或者46号汽轮机油通过甩油环稀油润滑和冷却，轴承体外面铸有散热片可以很好的进行空气冷却。
3.5机械密封
采用满足API682标准的PLAN11方案集装式机械密封，不但拆装方便，而且满足正常运行寿命25000小时的使用要求，这就为设备的长期连续运行提供了可靠保证。
四、泵的水力设计
4.1叶轮的设计
叶轮为双吸形式，在叶轮的设计过程中采用了流体动力学中流线型设计和数值模拟分析，提高性能的同时使转动件具有足够的强度和刚度。由于叶轮形状对称，两侧所受压力相等，这样在理论上泵没有受到轴向力，运行期间不会产生振动。
4.2轴向力的平衡
每个双吸叶轮自身平衡每级的轴向力，一级叶轮到二级叶轮之间的轴向力由平衡水管平衡，而残余轴向力由非驱动侧背对背布置的角接触球轴承平衡。为了保证转子的平稳运转，两个叶轮的前后口环设计成大小不同尺寸，以便在运行过程中轴始终受到一个拉力的作用。这样就增加了轴的刚度，减小了轴的挠度，能避免共振现象的产生。
4.3径向力的平衡
通过双涡壳设计平衡每级的径向力，由于结构对称，能把径向力减小到很小的程度。而二级过渡流道采用上下对称的双过渡流道设计来实现二级吸入涡室径向力的平衡。这样设计使泵的结构更加紧凑，不但整体尺寸变小，还减轻了泵的重量。
4.4水力损失
泵体是根据流体动力学的理论设计的，并通过流场模拟分析软件对流道进行修正，因此从高速旋转的叶轮中流出的液体具有的动能转化成静压能过程中水力损失非常小。
五、型式试验对设计的验证
按照GB/T3216-2005试验标准，通过常温清水全性能测试对泵的性能和结构特点进行考核，试验结果如下：
流量Q=730m3/h；
扬程H=150.54m；
效率η=77.2%；
转速n=1480r/min；
必须汽蚀余量NPSHr=2.7m。
试验结果表明该泵实现了预期的设计目标，满足了用户实际的使用要求，证明泵的设计是先进合理的。
六、结语
通过KSY700-150型装船泵的厂内型式试验和在用户现场的实际运转，表明该产品设计先进、结构合理、连续运转安全可靠、并且检修方便，尤其是该泵的高效率和低必需汽蚀余量性能，实现了绿色低碳、节能环保的设计理念。这不但为用户节约了运行成本，而且经济效益十分明显，符合当前市场的发展要求，也提高了我公司在激烈市场竞争中的优势。
参考文献：
[1]关醒凡.现代泵技术手册.北京.宇航出版社，1987：179-280、497-530
[2]沈阳水泵研究所，中国农业机械化科学研究院.叶片泵设计手册.北京机械工业出版社，1983：162-212、329-341
关键词：装船泵；双吸叶轮；水平中开；双过渡流道
一、前言
目前我国处于加快工业发展的关键阶段，量大而面广的机电设备是工业企业的主要终端用能用电设备，每年要消耗大量的电力能源。在倡导绿色低碳、节能减排政策的推动下，节能机电设备采用新的设计理念、新工艺及新材料，通过降低损耗提高设备的效率成为发展的趋势。而我国石油化工行业的迅速发展更离不开先进的泵类产品，KSY700-150型装船泵就是在此环境下研制出的高效节能产品。
二、泵的运行工况及主要技术性能指标
2.1泵的运行工况如下：
输送介质 柴油 汽油
介质温度℃ 50 50
介质密度kg/m3 840 720
额定流量m3/h 730 730
进口压力MPa 0.15 0.15
出口压力MPa 1.41 1.41
扬程m 150 150
必须汽蚀余量m 3 3
2.2泵的主要技术性能指标如下：
流量Q=730m3/h；扬程H=150m；
效率η=77%；轉速n=1480r/min；
必须汽蚀余量NPSHr=3m。
三、泵的结构设计
KSY700-150型装船泵为水平中开、两级双吸、两端支撑式离心泵，设计制造完全按照美国石油学会API610-2010《石油、化学和天然气工业用离心泵》执行，属于标准的BB1结构。根据用户的特殊要求，泵出口布置在驱动侧，而泵入口布置在非驱动侧，从驱动端看泵为逆时针方向旋转，泵的结构如图1所示。
图1
3.1整体结构
泵为水平中开式结构，接近中心线支撑，泵的吸入管与吐出管均在轴心线下方成水平方向布置，和泵体铸成一体，与轴中心线成水平垂直；泵体分为两部分，即泵体和泵盖，共同构成泵的工作室。泵体和泵盖的结合面在轴心线水平面上，结合面处密封用1mm厚的高压耐油垫片。打开泵盖就可以检查泵内的全部零件，无需拆卸泵的吸入管道、吐出管道及电机，因此检修十分方便。
3.2泵体与泵盖
泵体和泵盖均采用树脂砂铸造以保证中开面处流道的错牙值小于1mm，并通过打磨抛光等后续处理，以确保过流部分的尺寸精度及表面粗糙度，这也为泵的高效率提供了保障。泵盖上最高点有放气螺纹孔，开车前可从这个放气孔排出泵内空气。在吸入管和吐出管最低位置设有排液螺纹孔，方便泵停止工作检修时放出泵体中的液体。
3.3壳体口环与级间衬套
壳体口环与级间衬套采取了特殊的设计方法，就是在其下半圆加凸台，而上半圆不带凸台，这样在泵体和泵盖装配后壳体口环与级间衬套位置被固定，不会随着转子部件转动，不但安装方便还起到了很好的节流作用，大大减少了级间泄露，从而间接提高了泵的效率。
3.4转子部件
转子部件包括轴、叶轮、叶轮口环、轴套、轴套螺母和键等，每一个叶轮都由轴套螺母和轴凸台独立固定在轴上，转子动平衡精度为G1.0级，以保证泵运行过程中振动和噪声都在国家标准规定的范围内。转子部件是泵设备的核心，因此在设计时刚度和强度都留有足够的裕量。
3.5轴承体
泵的转子由两侧滚动球轴承来支撑，驱动端为一个向心球轴承，非驱动端为一组推力球轴承。这是标准的稀油自润滑轴承体，使用32号或者46号汽轮机油通过甩油环稀油润滑和冷却，轴承体外面铸有散热片可以很好的进行空气冷却。
3.5机械密封
采用满足API682标准的PLAN11方案集装式机械密封，不但拆装方便，而且满足正常运行寿命25000小时的使用要求，这就为设备的长期连续运行提供了可靠保证。
四、泵的水力设计
4.1叶轮的设计
叶轮为双吸形式，在叶轮的设计过程中采用了流体动力学中流线型设计和数值模拟分析，提高性能的同时使转动件具有足够的强度和刚度。由于叶轮形状对称，两侧所受压力相等，这样在理论上泵没有受到轴向力，运行期间不会产生振动。
4.2轴向力的平衡
每个双吸叶轮自身平衡每级的轴向力，一级叶轮到二级叶轮之间的轴向力由平衡水管平衡，而残余轴向力由非驱动侧背对背布置的角接触球轴承平衡。为了保证转子的平稳运转，两个叶轮的前后口环设计成大小不同尺寸，以便在运行过程中轴始终受到一个拉力的作用。这样就增加了轴的刚度，减小了轴的挠度，能避免共振现象的产生。
4.3径向力的平衡
通过双涡壳设计平衡每级的径向力，由于结构对称，能把径向力减小到很小的程度。而二级过渡流道采用上下对称的双过渡流道设计来实现二级吸入涡室径向力的平衡。这样设计使泵的结构更加紧凑，不但整体尺寸变小，还减轻了泵的重量。
4.4水力损失
泵体是根据流体动力学的理论设计的，并通过流场模拟分析软件对流道进行修正，因此从高速旋转的叶轮中流出的液体具有的动能转化成静压能过程中水力损失非常小。
五、型式试验对设计的验证
按照GB/T3216-2005试验标准，通过常温清水全性能测试对泵的性能和结构特点进行考核，试验结果如下：
流量Q=730m3/h；
扬程H=150.54m；
效率η=77.2%；
转速n=1480r/min；
必须汽蚀余量NPSHr=2.7m。
试验结果表明该泵实现了预期的设计目标，满足了用户实际的使用要求，证明泵的设计是先进合理的。
六、结语
通过KSY700-150型装船泵的厂内型式试验和在用户现场的实际运转，表明该产品设计先进、结构合理、连续运转安全可靠、并且检修方便，尤其是该泵的高效率和低必需汽蚀余量性能，实现了绿色低碳、节能环保的设计理念。这不但为用户节约了运行成本，而且经济效益十分明显，符合当前市场的发展要求，也提高了我公司在激烈市场竞争中的优势。
参考文献：
[1]关醒凡.现代泵技术手册.北京.宇航出版社，1987：179-280、497-530
[2]沈阳水泵研究所，中国农业机械化科学研究院.叶片泵设计手册.北京机械工业出版社，1983：162-212、329-341