1绪论
Ll研究的目的和意义
油田注水系统是油田能耗大户，也是油田投资的主要领域之一，因此开发高效注水设备，提高现有注水系统运行效率，对于降低油田生产成本具有重要意义。
早期注水是提高油田采收率的有效办法，通过人工注水可以提高地层压力，使油层具有强有力的驱油条件，保持较高的油层压力，有效克服各种阻力，达到长期稳产高产，而高压注水泵在注水工艺中起着重要的作用。
由于我国不少油田为低渗透油藏，对高压注水泵的需求越来越多，因而近几年往复式注水泵得到了迅速发展l3]。但由于现有注水泵普遍存在易损件寿命短、正常运行时率低的问题，以胜利油田为例，增压注水泵的正常运行时率仅为54.3%。且注水泵输出压力不能满足高压注水的需要，不少油田要求注水压力大于45MPa，而目前广泛使用的往复式注水泵的注水压均小于4oMPa。因此，油田迫切需要寿命长、注水压力高的新型注水泵。
柱塞泵在石油矿场主要作为压裂泵、固井水泥泵和注水泵。它们之间只有压力和流量等性能参数的不同，结构和工作原理并无实质性区别。将压裂液送入油井申，并借助高压在油层中造成裂缝，或使原油层裂缝扩大的柱塞泵，称作压裂泵。将水泥浆注入油井，使套管与井壁牢固连接的柱塞泵，称为水泥泵。向井内输送高压水，进入油层驱油和补充地层能量的柱塞泵，称为注水泵。
1.2国内外发展概况
注水是油田增产普遍采用的措施之一。油田开发后期大部分采用油层注水，以保持油层压力，从而提高原油产量。随着钻井深度的增加，注水油层也不断加深。近几年来国内各大油田的部分注水单井或区块高压欠注问题日趋突出，促使人们逐渐认识到发展增压注水工艺的必要性。因此，增压注水泵的发展也十分迅速，到目前为止，增压注水泵己初步形成离心式、往复式两大类。
目前国内各油田大小不一，油藏类型多样，其配套的注水系统也各不响注水泵寿命的因素主要有水质、材质及加工装配质量。针对某些油田注入水质的腐蚀、结垢现象，通过改善水质和泵前加防垢器;泵过流零部件全部采用防腐材料，并提高加工装配质量，可以提高注水泵的运行寿命。
(3)注水泵选型问题
各油田油藏类型多样，断块油田注水系统注水量较小，少数油田区块(注水压力为16MPa)若选用高效率的柱塞泵，装泵台数少不能满足水量要求;若选用离
心泵(80一100m3/h)，则泵效仅61%一70%，达不到泵效大于75%的标准要求。
2柱塞泵
2.1柱塞泵的分类
柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。1）径向柱塞泵：柱塞中心线与缸体中心线垂直。
配流轴式径向柱塞泵
阀配流径向柱塞泵
2）轴向柱塞泵：柱塞中心线与缸体中心线平行。
斜盘式（直轴式）轴向柱塞泵：缸体轴线和传动轴轴线一致。
斜轴式无铰轴向柱塞泵：缸体轴线和传动轴轴线存在一摆角β。
2.2、配流轴式径向柱塞泵工作原理
传动轴通过离合器与缸体连接；缸体2均布有五个柱塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔；柱塞1头部的滑履与定子内圆接触；定子4与缸体2存在偏心；配流轴5配流。
图示旋转方向，b 为吸油窗口；c 为压油窗口。 1、配流轴式径向柱塞泵排量公式
式中：e ——定子与缸体之间的偏心距
z ——柱塞数
2、配流轴式径向柱塞泵结构特点
1）配流轴配流，配流轴上与吸、压油窗口对应的方向开有平衡油槽，使液压径向力得到平衡，容积效率较高。
2）柱塞头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接触，接触面比压很小。 3）可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。
4）改变定子相对缸体的偏心距e 可以改变排量，且变量方式多样。
2.3、斜盘式轴向柱塞泵工作原理
缸体上均布Z 个柱塞孔，其分布圆直径为D ，柱塞直径为d ；斜盘相对于传动轴的倾角为α。
泵：图示旋转方向，A 为吸油窗口；B 为压油窗口。
1、斜盘式轴向柱塞泵的几何排量公式
ez
d z
e d V 2
24
2
2
ππ=
??=
γπ
π
tan 4
4
q 2max 2ZD d ZS d B =
=
式中 d —直径； Z —柱塞数； D —分布圆直径； γ—倾角。
改变斜盘倾角γ可以改变泵的排量。γmax 一般小于180～200 。
实际上,由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的，因而输出流量是有脉动的，泵的瞬时理论流量是正弦函数：
式中：ω——缸体旋转角速度； θ——缸体转角；
m ——位于排油过程的柱塞数 流量脉动系数δ
当柱塞数z 为偶数时：
当柱塞数z 为奇数时： 结论：
通过如上分析可知，当Z 为偶数是时，流量脉动周期角△θ=α，脉动周期
∑=+=
m
i sh z
m
D
d q 1
22sin tan 2
4）（π
θαωπ%100δmin
max ?-=
avg
q q q %1002tan δ,2z m ?==
z
z ππ%1004tan 2δ,21z m ?=±=
z z π
π
T=α/ω，脉动频率z)nZ/60/1f H T Q （==;当Z 为奇数时，流量脉动周期角△θ=α/2，脉动周期T=α/2ω，脉动频率z)nZ/30/1f H T Q （==。综上所述，当Z 为奇数时，流量脉动系数δ较小，而脉动频率较高，即流量品质较好。这就是斜盘泵的柱塞数通常采用奇数的原因。但近年来理论和实验研究均表明奇数柱塞泵、偶数柱塞泵的流量脉动周期角△θ均为Z /2π，并且流量脉动并没有明显差异。
2.4、斜盘式轴向柱塞泵的结构特点
1）主体部分：
①定心弹簧：保证缸体与配流盘，滑履与斜盘紧密接触，端面间隙自动补偿，提高了容积效率，额定压力可达31.5MPa 。
②传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。避免了缸体和配流盘之间的偏磨现象
③柱塞、滑履中间的小孔，把压力油引入滑履底部，形成了静压油膜，减小滑履、斜盘间的磨损。
另外泵体上有泄漏油口；在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。
图示2.4—1
1——手轮；2——斜盘；3——回程盘；4——滑靴；5——柱塞；6——缸体；7——配流盘；8——输入轴。
2）变量机构
直轴泵的变量调节机构用以调节斜盘倾角，以改变几何排量和流量。 ①手动变量机构
手动变量机构如图2.4—1右部所示，变量机构装在泵体外泵体上，并靠止口与泵体连接。由于斜盘受力很大，故手动变量机构不能在工作过程中调节排量，只能在停车时调节，CY 型轴向柱塞泵只能单向转动，斜盘倾角的调节范围为
max min ~γγ。
②手动伺服变量机构
在手动伺服变量机构中，人工拉动伺服阀芯上下移动只需客服很小的摩擦力，二差动变了活塞课产生很大的推力，是斜盘摆动，以达到变量的目的，故操作力很小，并且控制方便，这种变量泵机构是一个人工控制的位移伺服机构，斜盘倾角
γ完全可以跟踪伺服阀芯的位移，故称手动伺服变量机构。 ③恒功率变量机构
图2.4—2恒功率变量机构结构原理图
1——调节螺钉；2——调节套；3——弹簧套；4——外弹簧；5——导杆；6——伺服阀芯；7——变量缸体；8——差动变量活塞。
泵的压力与流量的乘积近似等于常数，即泵的输出功率近似拟为恒定。这种泵可以是液压执行机构在空行程时获得最大流量，使空行程速度加快而在工作行程时，由于压力升高，泵的输出流量减少，使工作行程速度减慢，这正符合许多液压设备动作要求，如液压压力机、工程机械等，这样能够充分发挥设备的能力，是功率利用合理。
三、斜轴式轴向柱塞泵
3.1、工作原理
与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴之间存在一个摆角β。
柱塞与传动轴之间通过连杆连接。传动轴旋转通过连杆拨动缸体旋转，强制带动
柱塞在缸体孔内作往复运动。
图 A2F型斜轴式泵
1—主轴；2—轴承组；3—连杆柱塞副；4—缸体；5—壳体；6—配流盘；7—后盖；8—蝶形弹簧；9—中心轴
2、特点
柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿命长。
3.2、柱塞泵的应用
由于轴向柱塞泵的密封容积是利用圆柱表面形成的：
1、圆柱加工方便，配合精度高，容积效率为95％左右，总效率为90％左右；
2、只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量。
3、主要零件均受压应力，材料强度性能可得以充分利用。
轴向柱塞泵被广泛用于高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶等得到广泛的应用。
五、泵的方案确定及参数设计
压力范围/Mpa
≤40排量范围/（ml/r）0.2~560转速范围/（r/min）600~6000容积效率/（%）88~93总效率/（%）81~88流量脉动
中等功率质量比/（kw/kg）大噪声
大对油液污染敏感性敏感流量调节能自吸能力差价格高
应用范围
工程机械
六、典型零件的力学分析 6.1柱塞和滑靴
柱塞—滑靴组件如图6.1—1所示，泵的工作压力p 经柱塞上的节流孔0d 流入滑靴的凹形腔室，压力降为u p ，滑靴与斜盘之间的液压支承力N F 可根据圆环形压力放射流原理计算出，即
()
()
u 2221u 212221p 2
p /ln 2)
(R R R R R R F N +≈
-=
π
π
式中 1R ——滑靴支承面外径； 2R ——滑靴油腔凹槽内径；
u p ——滑靴油腔凹槽腔液压力，0u p p ≈
图示6.1—1 柱塞—滑靴组件
柱塞上液压力4/p d 2π=F ，则F 沿滑靴轴线方向作用在滑靴上的力n F
γ
πγcos 4p
d cos 2n =
=F F 式中 d ——柱塞直径； P ——泵工作压力； γ——斜盘倾角。
对于平衡式滑靴N F F =n .通常情况下n F 略大于N F ，即产生剩余压紧力，以使滑靴压在斜盘上，同时使滑靴和斜盘之间产生一定厚度的油膜，以防干摩擦。
6.2曲轴、连杆、柱塞静力学模型分析 单个曲柄、连杆、柱塞的力学模型:
为了简化模型，在这里我们暂时不考虑摩擦力和各构件的质量的影响， 以方便对模型的计算，这样，我们就得到了单个曲柄、连杆、柱塞的力学 模型:
①对于曲柄:
图4.4曲柄的受力分析
其中；M ——曲柄上所施加的力矩N.m;
F ——曲柄顶端所受到的合力，N ； r ——曲柄长度（冲程的一半），m ； 1F ——曲柄顶端所受到的轴向分力，N ； 2F ——曲柄顶端所受到的径向分力，N 。 ②对于连杆：
图4.5连杆的受力分析
其中：F ——连杆上所受到的合力。
连杆两端所受到的力为大小相等，方向相反的一对作用与反作用力，大小相等，所以用同一符号表示。
③对于滑块:
图4.6滑块的受力分析
其中，Pc —柱塞在吸入和排除时受到的压力和拉力，N; N ——柱塞在运动过程中受到运动轨道壁的压力，N ； F ——柱塞在运动过程中受到连杆对它的驱动力，N 。 ④对于柱塞杆：
图4.7柱塞杆受力 受力计算:
由技术条件知:出口压力为44MPa ，进口压力为0.03MPa ，直径为35~。 (l)柱塞、连杆受力计算: 吸入液体时：s p c ?=P
排出液体时：s p c ?=P 对柱塞有：F=c P 对连杆有：βcos /c P F = 滑块对滑道的压力：βsin ?=F N
连杆作用力F 与滑块对滑道的压力N 的计算与连杆与水平线形成的角
度日有关，而p 的可以通过曲柄转动角度中、连杆长度L 与曲柄半径来求， 因此N 、F 是随曲柄转动角度改变而改变的变量。 (2)曲柄的受力计算:
由以上分析我们并联系已知图4.6、图4.5、图4.4、图4.3，考虑角度 对受力的影响，假设坐标系如图 4.8我们可以得到以下关系
:
图4.8角度定义示意图
定义角度，按曲轴的旋转方向定义为正，小为曲轴转动的角度，由于曲轴为匀速转动，故可以得到以下关系:
时一旦大于当时
当为正整数）0
00360360(,360φφφωφ
当时
当0
000
3601801800360<≤≤≤???-=φφφφα ?
??
?
??=L φβsin r
arcsin 其中，α——曲轴与水平线所成的角度; β——连杆与水平线所成的角度; φ——曲轴转动的角度; ω——转动角速度； t ——转动时间。
对曲轴的具体位置受力情况进行分析如下：①当φ位于第四象限时的受力分析:
图4.9当p位于第四象限的受力分析
②当中位于第三象限时的受力分析:
图4.10当β位于第三象限时的受力分析
③当φ中位于第二象限时的受力分析:
图4.11当β位于第二象限时的受力分析
④当φ位于第一象限时的受力分析:
图4.12当β位于第一象限时的受力分析
通过以上分析，可以得到当曲轴处于）（r /arctan
L =φ和)/arctan 3600r L （-=φ时刻为受力变化的分界位置。这样就得到了力学模
型的计算公式:
时）（当时当0
002360r /arctan 360)/arctan(0)180sin()
sin(<≤-<≤???--?+?=φφβαβαL r L F F F 从而得到单个曲轴的旋转时所需要的力矩:
）时（）（当时
）（或当）（）（r /arctan 360r /arctan 360r /arctan 360)/arctan(0180rsin rsin 0000L L L r L F F M -≤≤<≤-<≤??
???--?+?=φφφαβαβ 联系式：βcos /c P F =得到：
）时（）（当时
）（或当）（）（r /arctan 360r /arctan 360r /arctan 360)/arctan(0cos /180rsin cos /rsin 0000L L L r L F F M -≤≤<≤-<≤??
???--?+?=φφφβαββαβ这就是单个曲柄的所需要施加的力矩计算公式。
“最优化设计”是在现代计算机广泛应用的基础上发展起来的一项新技术，是根据最优化原理和方法，综合各方面的因索，以人机配合方式或用“自动探索”的方式，在计算机上进行的半自动或自动设计，以选出在现有工程条件下的最好设计方案的一种现代设计方法[1]。
实践证明，最优化设计是保证产品具有优良的性能，减轻自重或体积，降低工程造价的一种有效设计方法。同时也可使设计者从大量繁琐和重复的计算工作中解脱出来，使之有更多的精力从事创造性的设计，并大大提高设计效率。最优化设计方法己陆续应用到建筑结构、化工、冶金、铁路、航空、造船，机床、汽车、自动控制系统、电力系统以及电机、电器等工程设计领域，并取得了显著效果。设计上的“最优值”是指在一定条件(各种设计因素)影响下所能得到的最佳设计值。最优值是一个相对的概念。它不同于数学上的极值，但有很多情况下可
以用最大值或最小值来表示。
概括起来，最优化设计工作包括以下两部分内容[1]
1）将设计问题的物理模型转变为数学模型。建立数学模型时要选取设计变量，列出目标函数，给出约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式;
2）采用适当的最优化方法，求解数学模型。可归结为在给定的条件(例如约束条件)下求目标函数的极值或最优值问题。
本章将根据前几章所提供的理论基础，以理论排量50/q ml r =、压力16MPa 、转速为1500r/min 时单位体积排量最大为目标，建立多齿轮泵优化设计的数学模型，并用C 语言编制优化设计的计算程序。
5.1 数学模型[1][11]
任何一个最优化问题均可归结为如下的描述，即：在满足给定的约束条件(可行域D 内)下，选取适当的设计变量X ，使其目标函数()f X 达到最优值其数学表达式(数学模型)为：
设计变量：
12[...]T n X x x x = n X D E ∈? 在满足约束条件：
()0v h X = （1,2,...,v p =） ()0u g X ≤ （1,2,...,u m =） 的条件下，求目标函数11()()q
j j f X f X ω==?∑的最优值。
目标函数的最优值一般可用最小值(或最大值)的形式来体现，因此，最优化设计的数学模型可简化表示为：
min ()f X n X D E ∈? .st （subject to ）()0v h X = 1,2,...,v p =
()0u g X ≤ 1,2,...,u m = 式
（5.1）
当式(5.1 )中的0p =，0m =时，称为无约束最优化问题；否则称为约束最优化问题。机械最优化设计问题多属于约束非线性最优化问题。 5.1.1设计变量
在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，称为设计变量。在选择过程中它们是变量，但这些变量一旦确定以后，则设计对象也就完全确定。最优化设计是研究怎样合理地优选这些设计变量值的一种现代设计方法。凡是可以根据设计要求事先给定的，则不是设计变量，而称为设计常量。只有那些需要在设计过程中优选的参数，才可看成是最优化设计过程中的设计变量。
设计变量的数目称为最优化设计的维数，如有n 个设计变量，则称为n 维设计问题。在一般的情况下，若有n 个设计变量，把第i 个设计变量一记为i x ，则其全部设计变量可用n 维向量的形式表示成：
11[]T i i n n x X x x x x x ??????
??==????????
式（5.2）
在最优化设计中，由各个设计变量的坐标轴所描述的空间就是所谓的“设计空间”。设计空间中的一个点就是一种设计方案。设计空间中的某点k (一种设计方案)是由各设计变量所组成的向量()k X 所决定。另一种设计方案(1k +)点则由另一组设计变量（1k + )所组成的向量确定。最优化设计中通常采用的直接探索法，就是在相邻的设计点间作一系列定向的设计移动。由k 点到（1k +）点间的典型运动情况由下式给出：
(1)()()()k k k k X X a S +=+ 式（5.3）
向量()k S 决定移动的方向，标量()k a 决定移动的步长。
5.1.2目标函数
在设计中，设计者总是希望所设计的产品具有最好的性能指标、最小的质量或最大的经济效益等。在最优化设计中，可将所追求的设计目标(最优指标)用设计变量的函数形式表达出来，这一过程称为建立目标函数。即目标函数是设计中预期要达到的目标，表达为各设计变量的函数表达式：
12()(,,...,)n f X f x x x = 式（5.5）
它代表设计的某项最重要的特征。对于泵类液压元件来说，最常见的情况是以重量或是体积最小作为目标函数。
目标函数是设计变量的标量函数，最优化设计的过程就是优选设计变量，使目标函数达到最优值或找出目标函数的最小值(最大值)的过程。
在一个最优化设计中可以只有一个目标函数，称为单目标函数。当在同一设计中要提出多个目标函数时，这种问题称为多目标函数的最优化问题。
目标函数愈多，设计效果愈好，但问题的求解亦愈复杂。对于多目标函数，可以独立地列出几个目标函数式：
1112()(,,...,)n f X f x x x = 2212()(,,...,)n f X f x x x =
12()(,,...,)n n n f X f x x x = 式（5.
6）
也可以把几个设计变量综合到一起，建立一个综合的目标函数表达式，即： 1()()q
j j f X f X ==∑ 式（5.7）
式中：
q ——最优化设计所追求的目标数目
5.1.3约束条件
目标函数取决于设计变量，但在很多实际问题中，设计变量取值范围是有限制的或必须满足一定的条件。在最优化设计中，这种对设计变量取值时的限制条
件，称为约束条件或设计约束。
约束条件可以用数学等式或不等式来表示。
等式约束对设计变量的约束严格，起着降低设计自由度的作用。其形式为： ()0v h X = 1,2,...,v p = 式（5.11） 在机械最优化设计中，不等式约束更为普遍。不等式约束的形式为： ()0u g X ≤ 1,2,...,u m = 式（5.12） 或： ()0u g X ≥ 1,2,...,u m = 式（5.13）
在上述式中，()0v h X =，()0u g X ≤为设计变量的约束方程，即设计变量的允许变化范围。最优化设计，即是在设计变量允许范围内找出一组最优化参数
****12[...]T n X x x x =，使目标函数()f X 达到最优值*()f X 。
对于等式约束来说，设计变量所代表的设计点必须在式(5.11)所表示的面(或线)上。对不等式约束来说，其极限情况()0u g X =所表示的几何面(线)将设计空间分为两部分:一部分中的所有点均满足约束条件式(5.12 )或式(5.13 ),这一部分的空间称为设计点的可行域，并以D 表示。可行域中的点是设计变量可以选取的，称为可行设计点或简称可行点。另一部分中的所有点均不满足约束条件式(5.12)或式(5.13 )，在这个区域如果选取设计点则违背了约束条件，它就设计的非可行域，该域中的点称为非可行点。如果设计点落到某个约束边界面(或边界线)上，则称边界点，边界点是允许的极限设计方案。最优化设计过程，即寻找可行域内的最优点或最优设计方案。
5.2优化方法
5.2.1一维探索最优化方法
机械结构的最优化设计大都为多维问题，一维问题的情况很少。但是一维问
题的最优化方法是优化方法中最基本的方法，在数值方法迭代计算过程中，都要进行一维探索。由于在最优化的大多数方法中，常常要进行一维探索寻求最优步长或最优方向等，因此，一维探索在最优化方法中有很重要的位置。一维探索进行的好坏，往往直接影响到最优化问题的求解速度。
一维探索最优化的方法很多，下面仅介绍本文将采用的进退法。
由单峰函数的性质可知，在极小点左边函数值应一直下降，而在极小点右边函数值一直上升。根据这一特点，可先给定初始点0a 及初始步长h ，求探索区间
[,]a b 。
前进运算：将0a 及0a h +代入目标函数进行运算，若00()()f a f a h >+，则将步长h 增加2倍，并计算新点03a h +。若00()(3)f a h f a h +≤+，则探索区间可取为：
0a a = ； 03b a h =+ 否则将步长再加倍，并且重复上述计算。
后退计算：00()()f a f a h <+，则将步长h 缩微
4h ，并从0a 点出发，以4
h
为步长反方向探索，这时得到的后退点为04h a -。若00()()4
h
f a f a <-，则探索区间
可取为：
04
h
a a =- ； 03
b a h =+
否则将步长加倍，并继续后退。 5.2.2无约束多维问题最优化方法
在求解目标函数的极小值的过程中，若对设计变量的取值范围不加任何限制，则称这种最优化问题为无约束最优化问题。无约束多维最优化问题的一般形式为：
求n 维设计变量 12[...]T n X x x x =
是目标函数为 min ()n
X E
f x ∈ 而对X 没有任何限制。
在实际工程中，无约束条件的设计问题是非常少的，多数问题是有约束的。尽管如此，无约束最优化方法仍然是最优化设计的基本组成部分。因为约束最优化问题可以通过对约束条件的处理而转化为无约束最优化问题来求解。
无约束最优化方法中有间接求优法和直接求优法两种。直接法在迭代过程中仅用到函数值，而不要求计算函数导数等解析性质，一般说虽然其收敛速度较慢，
但可以解决一些间接法不能解决的问题(例如当函数不好求导时)。无约束多维问题的最优化方法很多，这里仅简要介绍在多齿轮泵优化设计讨程中要用到的Powerll 法。
对于一个n 维问题，Powerll 法的迭代计算过程如下：
第一轮探索都是从前一轮最后求得的最优点出发，并沿n 个有顺序的线性独
立方向(()1k S 、()2k S 、()...k n S 、 ) 进行一维探索。第一轮探索可由任意一点出发，即取(0)0X =X (1)，而方向可取为n 个坐标轴的方向，即()k i
i S e =。当然，第一轮探索也可以任意取n 个线性无关的方向组成方向组。现给出第k 轮迭代的步骤：
1）初始点取前一轮迭代最后沿(1)1k n S -+方向求得的最优点*X (即(1)
1k n X -+，有时该点为(1)k n X -)，然后由初始点0X (k)出发沿1S (k)
方向进行一维最优化探索，使函数()()01()k k f X aS +为最小方向，求得()1k a ，并令()()()()1011k k k k X X a S =+。再由()1k X 出发
沿()2k S 方向使()()122()k k f X a S +最小，求得()2
k a ，并令()()()()2122k k k k X X a S =+。如此依次沿每个方向进行一维探索，直至求得全部的()(1,2,...,)k i a i n =，每次令
()()()()1k k k k i i i i X X a S -=+。
2）取共轭方向()()()
10k k k n n S X X +=-，计算反映点()()()102k k k n n X X X +=-。
3）令
()10()k f f X =
()2()k n f f X =
()()()310()(2)k k k n n f f X f X X +==-
式中：
()(1)01k k n X X -+=
()
()()()()()1
1
n
k k k k k k n
n n n
i i i X
X
a S
a S -==+=∑
4）计算第k 轮迭代各方向上目标函数的下降值()()
1()()k k i i f X f X --
(1,2,...,)i n =，并找出其中的最大值()k m ?，即：
()
()()11,2,...,max ()()k k k m i i i n
f X f X -=?=-
()k m ?相应的方向()()()1k k k m i i S X X -=-。
5）若31f f <和()2()21321213(2)()0.5()k k m m f f f f f f f +---?
入下一步；否则，在第1k +轮迭代中仍用第k 轮迭代用的同一方向组，即：
(1)(1,2,...,)k k i i S S i n +==。关于迭代初始点，当23f f <，取第1k +轮迭代的初始点
(1)0k k n X X +=，否则取(1)()
01k k n X X ++=，然后转回第1步。
6）如果上一步中两个不等式同时得到满足，则从()k n X 出发，沿()
1k n S +方向进行
编号：AQ-JS-02956 ( 安全技术) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 油田注水(气)安全 Safety of water injection (gas) in Oilfield
油田注水(气)安全 使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。 1．注水站和注水管网的安全运行要求 注水站的作用是把供水系统送来的或把经过处理符合注水井水质要求的各种低压水，通过水泵加压变成油田开发需要的高压水，经过高压阀组分别送到注水干线，再经过配水间送往注水井，注入油层。 注水站主要有储水罐、供水管网、注水泵房、注水泵、高低压阀门等组成。其中注水泵主要采用高压多级离心式泵。注水站的工作环境为高电压、高水压和高噪声，因此，注水站应注意以下安全事项：额定电压6千伏的电动机，用摇表测定电动机定子线圈的绝缘电阻，在电机热状态下每千伏绝缘电阻值应不小于1兆欧姆，电机缺油停机保护装置要保持灵敏、可靠；启动注水泵时必须一人操作，一人监护，非操作人员应距离机泵5米以外，停泵(包括紧急停泵)时，应注意先尽可能降低电流，再进行停机操作；储水罐中油帽(水
中浮油)厚度不得超过0．5米的安全要求，储水罐的防雷击、防静电装置符合要求并定期检测，储水罐的安全附件、高压泵的安全阀和回流阀要完好、可靠，特别要注意高压水的刺漏伤人，开关高压阀门时一定要站在手轮或操作杆的侧面，避免丝杠、手轮飞出伤人；要定期检查管线的腐蚀情况，及时更换。 2．污水处理站的安全要求 伴随着油气开采，同时采出的大量污水是注水的主要水源。但在污水中含有溶解氧、二氧化碳、硫化氢、溶解盐类等物质，直接使用会造成金属设备的腐蚀，所以注水用污水要经过一定处理，以达到使用要求。一般常用的水质处理措施有沉淀、过滤、杀菌、脱氧等方法，这些方法，有些是物理方法，有些是化学方法。污水处理站的主要设备有真空泵、清水离心泵、加药泵、搅拌泵、过滤罐、沉降罐等。 工作过程中应重点注意：药剂的储存、使用符合规定要求，每一种药剂都会不同程度地存在对环境或人员的影响，在药品搬运或投加操作时，操作者应穿戴规定的工作服，尽可能避免药剂与皮肤
注水泵常见故障分析及排除 摘要：近年来，我国的油田开采逐渐增多，在油田中，注水泵的应用十分广泛。注水泵属离心泵的一种，在水泵运行过程中，会受到其设计、水泵站周围环境、 后期相关的管理维护方式等因素影响，降低其安全运行效果，从而使得相关维护 人员工作量大大增加。因此，本文就注水泵各环节存在的问题进行了分析总结， 并提出了一系列排除办法，希望可以在提高泵站安全运行、促进其正常工作等方 面提供参考。 关键词：注水泵；故障；分析；处理 引言 油田注水是保持油层压力、降低原油递减率的主要措施，注水泵机组是油田 注水的关键设备。我国油田油藏类型多样，配套的注水系统也各不相同，按注水 能力分为：大站系统以大排量的离心泵为主；小站系统，以柱塞泵为主。柱塞泵 具有扬程高、排量小、效率高、电力配套设施简单等特点，适用于注水量低、注 水压力高的中低渗透油田或断块油田。 1注水泵的结构及工作原理 动力端在柱塞泵中起到传送动力的作用，是将电动机的旋转运动转化为柱塞 往复运动的部件，主要由曲轴、轴承、连杆、连杆轴瓦、十字头、十字头销、弹 簧挡圈、曲轴箱、基座等部件组成。液力端包括泵头、组合阀、阀板、弹簧、柱 塞和缸套及其密封（填料箱）、吸入阀和排出阀组件、缸盖和阀箱、吸入和排出 集合管等。该部分直接输送液体，将机械能传递给液体，转换成液体的压力能。 柱塞泵主要是通过电动机提供动力，联轴器带动曲轴旋转。当曲柄以角速度ω逆 时针旋转时，柱塞向右移动，液缸内容积增大，压力降低，液体在压力作用下进 入液缸中。当曲柄转过180°角以后柱塞向左移动，液体被挤压，液缸内液体压力 急剧增加，吸入阀关闭而排出阀打开，液体被排出。当曲柄不停旋转时，柱塞泵 就不断地吸入和排出液体。柱塞泵的主要作用是提升或输送液体，其设计、制造、选型、安装、运行、维护管理的好坏不仅对工程投资的影响很大，而且与节约能源、降低成本、提高经济效益也密切相关。 2注水泵常见故障分析 2.1水泵不出水或出水量不足 通常，泵不出水或水变得不足的原因主要为以下几点：1）进水管和泵体内存在空气。首先，水没有被填满。在泵启动之前，软管中的水不会排出，因此入口 管或泵体中会留有少量空气。其次，水位不平坦。安装泵时，泵入口处的水管应 最高。如果中间管道高于入口端，则空气将留在入口管道中，这会降低水管和水 泵中的真空并影响吸水性。第三是泵的填料或管壁的腐蚀。它会使空气从损坏处 进入水管。2）装置扬程大于水泵设计时的总扬程。启动后，在水面上产生大的 涡流，并将空气引入泵中。排除方法：调整泵的安装，降低升力，并恢复泵在额 定升程下工作。3）水泵距液面的垂直高度过高。每个泵的铭牌上标有允许的真 空高度。允许的真空高度是海平面的最大安装高度，大气压力为760mm汞柱高度，水温为20℃。由于底阀，进气管有水头损失，大气压随高度和温度而变化。 因此，泵的实际安装高度必须略低于允许的真空高度和丢失的升力之和。如果实 际安装高度等于或超过允许的真空高度，则可能在泵叶轮的入口处发生气蚀，导 致无水或水量降低。排除方法：将水泵的安装高度进行适当调整。4）水泵转速 过低。每个泵的铭牌上标有速度，即泵的额定速度。当泵的实际速度低于设计的
煤层注水泵技术条件 MT241—91 中华人民共和国能源部1991—03—23批准1991—08—01实施 1主题内容与适用范围 本标准规定了煤层注水泵(以下简称注水泵)的技术要求、试验方法、检验规则和标志、包装、贮存。 本标准适用于以斜盘驱动轴向柱塞、锥阀配流的电动往复式注水泵，该泵输送清水或物理性质类似于水的液体。 本标准不适用于曲柄连杆机构传动的往复泵。 2引用标准 GB7784机动往复泵试验方法 GB10111利用随机数骰子进行随机抽样的方法 3技术要求 3.1注水泵应符合本标准要求，并按经规定程序批准的图样及技术文件制造。 3.2自制件经检验合格，外协件、外购件具有合格证或经试验合格方可装配。 3.3材料应有合格证或经试验合格方可使用。 3.4产品外露表面应涂漆，涂层光洁、附着牢固、色泽一致，不应有皱纹、脱落、气泡等缺陷。 3.5产品装配后应试运转，要求运转平稳，无异常声响、震动、温升和泄漏。 3.6产品在运转时，润滑油温升应不超过40?。 3.7产品在运转时，水密封处的泄漏量应不超过1.0L/h，其余各密封处不应有外泄漏。 3.8产品在运转时，噪声应不超过85dB(A)。
3.9产品的安全阀应灵敏可靠。 3.10在额定工况下，注水泵的容积系数应符合表1的规定。 3.11在额定工况下，注水泵的效率应符合表2的规定。 3.12在额定工况下，电动机的输入电流值应低于其额定电流值的95%。 3.13产品在额定工况下连续运转500h期间，性能指标皆应符合本标准3.6、3.7、3.10、3.11条的规定。 注:连续运转试验时，允许更换一次水密封件和一次阀组弹簧。 3.14产品超载试验时，不应有零、部件损坏现象。 3.15在用户遵守注水泵说明书规定的条件下，从制造厂发运之日起18个月内，产品确因制造不良而不能正常使用或零、部件损坏，制造厂应无偿为用户修理产品或更换零、部件(不包括产品使用说明书中列出的易损件)。 4试验方法 4.1一般规定: 4.1.1试验所用介质为0,500?的清水。 4.1.2试验装置原理图应符合GB7784的附录A。 4.1.3仪表指示的被测参数值的允许波动范围，总误差值应符合GB7784表2、表3、表4的规定。 4.1.4参数测量和测量仪表 4.1.4.1流量、压力、温度、泵速、功率等参数测量和测量仪表的精度应符合GB7784的3.1,3.5条的规定。 4.1.4.2试验时，所有仪表的读数应同时读取或记录。每个被测参数的测量次数应不少于3次(泄漏量测量只进行1次)，取其算术平均值作为测量值。 4.1.5数据处理应符合GB7784的第4章的规定。 4.2外观质量检验:
1绪论 Ll研究的目的和意义 油田注水系统是油田能耗大户，也是油田投资的主要领域之一，因此开发高效注水设备，提高现有注水系统运行效率，对于降低油田生产成本具有重要意义。 早期注水是提高油田采收率的有效办法，通过人工注水可以提高地层压力，使油层具有强有力的驱油条件，保持较高的油层压力，有效克服各种阻力，达到长期稳产高产，而高压注水泵在注水工艺中起着重要的作用。 由于我国不少油田为低渗透油藏，对高压注水泵的需求越来越多，因而近几年往复式注水泵得到了迅速发展l3]。但由于现有注水泵普遍存在易损件寿命短、正常运行时率低的问题，以胜利油田为例，增压注水泵的正常运行时率仅为54.3%。且注水泵输出压力不能满足高压注水的需要，不少油田要求注水压力大于45MPa，而目前广泛使用的往复式注水泵的注水压均小于4oMPa。因此，油田迫切需要寿命长、注水压力高的新型注水泵。 柱塞泵在石油矿场主要作为压裂泵、固井水泥泵和注水泵。它们之间只有压力和流量等性能参数的不同，结构和工作原理并无实质性区别。将压裂液送入油井申，并借助高压在油层中造成裂缝，或使原油层裂缝扩大的柱塞泵，称作压裂泵。将水泥浆注入油井，使套管与井壁牢固连接的柱塞泵，称为水泥泵。向井内输送高压水，进入油层驱油和补充地层能量的柱塞泵，称为注水泵。 1.2国内外发展概况 注水是油田增产普遍采用的措施之一。油田开发后期大部分采用油层注水，以保持油层压力，从而提高原油产量。随着钻井深度的增加，注水油层也不断加深。近几年来国内各大油田的部分注水单井或区块高压欠注问题日趋突出，促使人们逐渐认识到发展增压注水工艺的必要性。因此，增压注水泵的发展也十分迅速，到目前为止，增压注水泵己初步形成离心式、往复式两大类。 目前国内各油田大小不一，油藏类型多样，其配套的注水系统也各不响注水泵寿命的因素主要有水质、材质及加工装配质量。针对某些油田注入水质的腐蚀、结垢现象，通过改善水质和泵前加防垢器;泵过流零部件全部采用防腐材料，并提高加工装配质量，可以提高注水泵的运行寿命。 (3)注水泵选型问题 各油田油藏类型多样，断块油田注水系统注水量较小，少数油田区块(注水压力为16MPa)若选用高效率的柱塞泵，装泵台数少不能满足水量要求;若选用离
离心式注水泵在油田的应用现状与发展前景 摘要：本文以离心式注水泵在油田的应用现状与发展前景为研究对象，通过对离心式注水泵的发展历程、油田运用方式、运用规模、对油田生产的作用以及存在的问题与不足的分析，把握离心式注水泵在油田的应用现状，在针对离心式注水泵目前应用存在的问题与不足的基础上，结合离心式注水泵国内外最新研究进展，试图把握离心式注水泵未来的发展前景，推动离心式注水泵的运用研究。 关键词：离心式注水泵油田发展 前言 随着我国经济规模的不断扩大与市场石油需求的日益增加，我国石油工业和石油生产能力不断发展。在油田生产中，油田注水量随着石油工业的发展在不断地增加。为了解决传统的柱塞泵因为排量小而不能满足石油生产的需求的问题，而传统的高压柱塞泵的可靠性又非常差，油田开发越来越多地运用大排量的离心式注水泵。离心式注水泵因为其具有可靠性好和防止出口脉冲的优点而被广泛运用于各大油田生产。但是正在使用离心式注水泵的油田局限于几个大油田，大庆油田和胜利油田，高压式离心泵有占两大油田主泵一半比例以上，而因为使用高压式离心泵而耗费的电量只有总耗电量的百分之三十左右。目前我国离心式注水泵的运用也存在效率较低、离心式注水泵型号杂乱、和国际离心式注水泵的先进水平存在不小差距等问题。因此我国应该建立健全符合我国油田生产实际的统一化离心式注水泵体系，加大对离心式注水泵的科研力度，提升离心式注水泵的工作效率，有效提升我国油田生产能力。 一、离心式注水泵概述 我国关于离心式注水泵的生产与研发最早在上世纪60年代的沈阳泵厂进行。我国目前应用技术水平高并且应用范围较广的主要是国产的DF系列新型离心式注水泵，DF系列注水泵目前主要在胜利油田和大庆油田得到广泛应用，但是新型离心式注水泵存在不同油田的泵效水平差异较大、使用寿命相对较短、相关的运行监测系统不完善、注水泵的三化（标准化、系列化和通用化）差等问题，因此我国离心式注水泵必须以注水泵的关键核心技术为重点突破口进行研发，研制出具有高性能的离心式注水泵产品，树立质量品牌意识，解决注水泵的标准化、系列化和通用化问题，开拓出一条符合我国油田生产实际的新型化高科技高水平的离心式注水泵发展道路。 目前离心式注水泵被投入胜利油田中的六十多个油田进行注水作业，石油管理局给不同类型和规模大小的油田配备了互不相同的配套注水系统。注水系统依据能力主要可以划分为小站注水系统和大站注水系统。大站注水系统主要以离心式注水泵为主。离心式注水泵相对于其它注水泵来说具有维护简单而排量较大的特点，如果注水系统的注水量相对较大，注水压力能达到16MPa则广泛应用离心水泵，离心式注水泵也是整装和高渗透类型油田的主力注水泵型。而小站注水
BZW200/56智能高压注水泵站操作规程 为规范BZW200/56智能高压注水泵站安全操作，注水泵工上岗前须进行操作培训，考核合格方能上岗作业，同时注水泵工须严格按照本规程操作。 一、操作前的检查 1、检查泵体，电机地脚螺栓是否松动，减震连轴器是否松动或脱离。 2、检查防爆开关，电动机的接线是否松动或失爆。 3、检查泵体润滑+油位是否在油标中上位置、柱塞腔的滴油腔内是否有足量的润滑油。 4、检查泵与电机的对正情况。 二、试车 1、检查电机转向：点动开关，观察电机转向应与泵上箭头标记一致，否则应进行更正。 2、空载运转：在点动开关，确认电机转向正确后，使泵空载运转（旋松溢流阀的调节螺套），打开放气螺堵，放尽高压腔内的空气，直到出现恒定流量为止。 3、负荷运转：继续使泵空转5～10分钟，然后逐级加载，每20分钟升高额定压力的25％，直至额定压力。同时调整好安全阀。在升温正常，无泄漏、无抖动等异常现象后，方可投入使用，泵的油温不得超过85℃。
注:地面试验的带压运转时, 可用高压出口球阀短时间加压，以检测安全阀性能，但高压出液不宜直接回液箱。否则用球阀加载长时间运行会使球阀和胶管冲坏，液箱温度也较高。 三、操作步骤 1、打开水箱出水阀门及孔口保压阀门。 2、送上电源，触摸屏显示初始画面，画面位于手动状态。 3、点动控制面板上1#高压泵的按钮，检查电机转向是否与箭头标记一致。 4、确认电机转向与箭头标记一致后，即可启动泵进入系统调试状态，此时应对泵站进行一次全面检查，无异常现象后，方可投入单机运行或主机运行状态。 5、按下控制面板“程序”按钮，可调整泵站工作状态，每触动一次变化一次，显示顺序为“单机”、“1#泵站”“手动”。 6、手动运行状态：按控制面板上的1#泵，1#泵启动，再按一次1#泵按钮，1#泵停止。 7、单机运行状态：单机时，1#泵单机运行。 8、工作结束后，先关闭主机泵及供水阀门，再关闭孔口阀门，使钻孔处于保压状态。 五、注意事项 1、注水过程中，注意水泵的工作状态，仪表指示是否正常，泵体管路有无泄漏。如有异常现象，应立即停机检查，待故障排除后方可重新操作。
执行标准：MT241—91 5BZ-34/15 煤层注水泵 使用说明书 哈尔滨兴煤矿业救援装备有限公司 二○一四年五月
目录 一重要提示 (2) 二产品型号说明 (2) 三特点及用途 (2) 四基本参数 (3) 五传动原理及结构 (3) 六泵的使用与维护 (5) 七水泵可能产生的故障及消除方法 (7) 八轴承明细表 (8) 1.5BZ─34/15型 (8) 九易损件明细表 (8) 1.5BZ─34/15型（按需另购）...................................................................................... 错误！未定义书签。十随机附件 .. (9) 1.5BZ─34/15型 (9) 十一装箱单 (9) 十二附图 ..............................................................................................................................错误！未定义书签。 5BZ─34/15型煤层注水泵管路连接示意图 ............................................................... 错误！未定义书签。5D-2/150-00煤层注水泵总装图.................................................................................... 错误！未定义书签。5D-2/150-01泵体............................................................................................................ 错误！未定义书签。5D-2/150-0101泵头及中间体装配图............................................................................ 错误！未定义书签。5D-2/150-0106传动头.................................................................................................... 错误！未定义书签。5D-2/150-04B安全阀 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。
伊犁永宁煤业化工有限公司 2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵 技 术 协 议 买受人： 出卖人： 产品使用人：伊犁永宁煤业化工有限公司
2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵 技术协议 一、设备使用地点简介 因二采区2301综放工作面根据生产需求，需要购置三台2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵，为明确该设备的相关技术要求，特编制本技术规格书。 二、设备使用技术性能要求： 1、2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵，要求适用于各种类型煤层的注水，同时要求必须具备以下特点： ①注水压力、注水流量为脉冲式，在调定的注水上限强度（压力）下，注水流量、脉冲强度（压力）根据煤层的渗透能力自动调节，脉冲强度随煤层对水渗透能力的降低而增高，脉冲频率保持不变，脉冲水强制沟通煤层内部原有封闭裂隙和形成新的裂隙网； ②脉冲水泵液力端采用黄铜为基体，具有良好的耐腐蚀特性，能很好满足煤矿井下腐蚀性水源使用要求； ③脉冲式煤层注水泵在使用上采用脉冲高压注水强制沟通煤层内部原有封闭裂隙、在煤层内部形成裂隙网，静压注水浸润煤体的复合注水方式，在停止脉冲式高压注水的同时系统自动转换为静压注水； ④采用可调压力阀与过载泄压阀复合结构方式，具有双重安全保护功能，必须使用安全可靠； ⑤采用注水泵主机与过滤器、高压水表集成结构，使用时无须水箱。
2、技术特征 ①脉冲强度 0-12 MPa ②输出流量 40 L/min ③脉冲频率 1460 次/min ④电机型号 YBK2-180L-8 ⑤电机防爆型式:配备矿用防爆电机，防爆标志ExdⅠ，防护等级IP55，F级绝缘。 ⑥电机功率 11kw ⑦工作电压 660V/1140V ⑧外型尺寸 1300×630×715 mm（参考尺寸） ⑨整机质量 500 Kg（参考重量）） 三、货物名称及供货范围 2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵的出水接头、密封板、排水阀组、吸水阀组、压紧螺钉、柱塞、阀座体、吸水阀座、排水阀座、排水阀、密封塞、阀座体、阀杆、压力表活接头、压力表接头、表座、测压阀杆、十字头、限压套、手轮等配件使用材质为不锈钢材质、密封压簧、吸水阀簧、排水阀簧、压力阀弹簧配件材质要求使用不锈钢材质。
油田注水泵站综合节能改造 发表时间：2019-04-26T15:09:28.547Z 来源：《基层建设》2019年第3期作者：张立荣赵玲敏[导读] 摘要：从油田开发的需求出发，以先进的技术达到最大的效率来尽可能的达到生产要求，对油田的注水泵站各种设施及设备节能改造的方法进行介绍。 大庆油田有限责任公司第七采油厂黑龙江大庆市 163000 摘要：从油田开发的需求出发，以先进的技术达到最大的效率来尽可能的达到生产要求，对油田的注水泵站各种设施及设备节能改造的方法进行介绍。 关键词：油田；注水泵站；节能改造 前言 当前，仅仅为发展经济的模式在各行业里已经不再是主流，随着绿色节能理念逐渐深入人心，油田注水泵站的节能改造也随之发展起来。油田在进行了重点在于节省能源的的注水泵改造工作之后，有了显著的效果，带来了很好的经济收益。事实证明，对注水泵站进行综合性、技术性的节能改造，能够在保障注水生产前提上有效的节省能源消耗，显著的降低成本。其主要方法如下【1】。 1、保障达到扬程的基本要求并且在此条件下选取大排量的离心注水泵 大排量离心注水泵拥有着单位阻力较小、流量大、相对阻力小等优势，相对于小排量离心注水泵有着很大优势，现如今已经在油田上投入广泛使用。老一代的6D式注水泵已经渐渐的退出了历史舞台，取而代之的是排量更大更为先进的DF级离心注水泵，如DF250、DF400等。 2、对注水泵站进行升级改造 油田注水工艺参数在不断变化不断调整之中，因此旧的离心注水泵要进行升级改造以适应参数的变化及调整。现如今最广泛的改造方式是拆除旧离心注水泵的一级叶轮，当然也有部分要拆除其二级叶轮。通过对一级或是二级叶轮的拆除可以达到改造离心注水泵的目的，并进一步影响到整个注水站，促使整个注水站得到优化和更好的运行。在具体数据上，注水泵的阀门控制损失下降在0.15MPa左右，配水间的控制损失降低0.55MPa左右【2】。 3、更换腐蚀老化的注水泵 由于腐蚀老化的注水泵效率降低，单位耗量比较高，导致能量白白浪费。对腐蚀老化的注水泵及时更换后可以极大效率的减少能耗，并且更换注水泵资金会随着节约能源量的增多渐渐得到补充，使其成本收回。例如朝阳沟油田注水泵耗电量可以达到总耗电量的30%以上，其中由于腐蚀老化注水泵造成的电量为主要耗电点。在15台的高压离心注水泵中有12台工作时间达到了18年，磨损严重，其泵效仅有60%左右，而新的注水泵泵效可以达到80%以上，因此及时更换注水泵可以降低能耗，显著的提高泵效。 4、对原有设备进行增容 DF系列的注水泵部分零部件具有通用性，可以进行互换，在注水泵的叶轮以及导叶得到替换之后可以使DF250、DF300、DF400之间得到转换，使投资成本降低同时更快的得到收益。在泵改型之后可以达到节约电量的目的【3】。 5、对阶梯泵进行改造，增加泵站种类的运行和组合 在原来的设计上，为达到方便管理的目的，原来泵赞的设计是为其只配备同一型号的注水泵，如若有排量不匹配的状况，注水泵站会出现严重的能源浪费情况，因此要实行多种型号注水泵台阶状配置和改动，使运行的状况得到改善。 6、改造高压往复式注水泵以及相配套的重要零部件 其方式的用新型的注水泵替换。对往复式注水泵的液力端进行改造，在阀体改造之后其结构较为简便，便于维修和取阀，各个阀体均为分体结构，一个腔失去效用之后可以及时更换另一组。与此同时注水泵阀的吸入压力比较低，可以不配备其他的供水装备。阀体为不锈钢，有极佳的抗锈蚀效果，可以满足现在油田污水回柱的需求。 7、运用变频技术对高压往复式注水泵以及相配套的重要零部件进行升级改造 变频技术在油田的应用上主要是运用于柱塞泵以及离心输油泵站对其进行调速。此技术可以有效的改善电动机以及泵的工况，很大限度的增加易于受损的零件维修时间间隔，使停泵次数得到显著降低，而且收益率高，投资较为简便，投资后仅仅是节能方面便可短期内收回全部投资。 8、对设备进行在线监测 为了保证各个设备都可安全正常使用，首先，建立系统的在线监测系统，此系统为一种先进的在线监测方式，可以对注水泵站监控、调整、巡视、及时的数据处理以及实时网络通信，从而实现将注水泵的出口阀门的开闭度进行调控速度，在外围的注水站安装计量表并要保证计量数准确无误，对其及时统计。与此同时对注水泵的流量输出、电机的电压电流、扬程等各种参数进行实时监测，对其进行计算并优化结果，保持注水泵高效运转，以达到稳定压力前提下注入水，节约能源降低耗能，使泵站的管理水准得到提升的目标【4】。 总结 油田注水泵站具有极大的节能潜力，在对其进行以上综合性改造之后，可以显著的提高泵效，降低耗电量，提高泵站的管理水准，使油田注水泵站更高效、更健康、更绿色的正常运行。 参考文献： [1]罗芳，李忠芹，郭洪恩.濮城油田注水泵站节能技术应用[J].内蒙古石油化工，2011，37（07）：175-176. [2]王睿弦.泵串联技术在油田离心式注水泵站应用的节能潜力分析[A].中国力学学会、中国石油学会、中国水利学会、中国地质学会.第九届全国渗流力学学术讨论会论文集（二）[C].中国力学学会、中国石油学会、中国水利学会、中国地质学会：中国力学学会，2007：3. [3]王淑超.文南油田注水泵站节能优化监控系统研究与设计[D].华中科技大学，2004. [4]刘炜光.油田注水泵站综合节能改造[J].中国设备工程，2002（08）：42-43.
专利号：ZL200320115255.X 2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵 使用说明书 （执行 MT/T188.2-2000标准） 2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵使用说明书 一、概述 2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵，适用于各种类型煤层的注水，特别是难注水煤层的注水；是目前解决低渗透性、高硬度难注水煤层注水的最有效技术手段，是我国目前唯一应用于煤层注水实践的脉冲式煤层高压注水泵，与现有应用于煤矿井下的煤层注水泵相比较具有如下特点： ①注水压力、注水流量为脉冲式，在调定的注水上限强度（压力）下，注水流量、脉冲强度（压力）根据煤层的渗透能力自动调节，脉冲强度随煤层对水渗透能力的降低而增高，脉冲频率保持不变，脉冲水强制沟通煤层内部原有封闭裂隙和形成新的裂隙网； ②脉冲水泵液力端采用黄铜为基体，具有良好的耐腐蚀特性，能很好满足煤矿井下腐蚀性水源使用要求； ③脉冲式煤层注水泵在使用上采用脉冲高压注水强制沟通煤层内部原有封闭裂隙、在煤层内部形成裂隙网，静压注水浸润煤体的复合注水方式，在停止脉冲式高压注水的同时系统自动转换为静压注水； ④采用可调压力阀与过载泄压阀复合结构方式，具有双重安全保护功能，使用安全可靠； ⑤采用注水泵主机与过滤器、高压水表集成结构，使用时无须水箱。 2 B Z - 40 / 12 最大脉冲强度12 MPa 排量40 L/min 注水 泵 柱塞数
脉冲式煤层注水泵一般采用成套供货方式。成套的脉冲式煤层注水泵包括：2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵、注水管路系统及封孔泵。 二、组成与工作原理 脉冲式煤层注水泵主要由脉冲泵体、带节流装臵的调压器、压力显示器、高压水表及过滤器组成。脉冲式煤层注水泵结构示意如图所示： 图 2BZ-40/12脉冲式煤层注水泵结构示意图 脉冲泵体输出压力由0～P的脉冲高压水，带节流装臵的压力调节器控制、并确保脉冲水压在设定的最大脉冲水压P下，控制输出的脉冲水流量能根据注水煤层的渗透能力自动调节，压力显示器间断显示脉冲水压的大小。 脉冲式煤层注水过程为：电动机带动脉冲式煤层注水泵运转，输出的脉冲高压水进入带节流装臵的压力调节器，压力调节器根据煤层的渗透能力，在确保有足够脉冲水压强度的前提下，自动控制输出水量的大小，脉冲强度由压力显示器显示；呈高度脉冲的高压水通过管路系统注入煤层内部的过程中，在不压裂煤层的条件下，脉冲高压水在煤层内部形成的“水击”现象，迫使煤层内部原有封闭裂隙相互沟通或直接在煤层内形成新的裂隙网，提供水在煤层内部流动的网络通道，静压水通过这些网络渗透到煤层内部，使煤层得到有效湿润，煤层注入水量的多少由高压水表显示。一般条件下脉冲式高压注水采用脉冲泵压裂和沟通煤层裂隙、静压水浸润煤层的动、静压交替注水方式（水湿润并进入煤层微小裂隙在于毛细力和分子运动，与注水压力无关，注水压力只在于迫使水进入煤层内大的裂隙网）；即脉冲泵开启一段时间（时间的长短视煤层原有裂隙的发育和沟通情况不同而定，一般开启
v1.0 可编辑可修改 BZW200智能高压注水泵站操作安全规程 为规范BZW 2 0 0智能高压注水泵站安全操作，注水泵工上岗前须进行操作培训，考核合格方能上岗作业，同时注水泵工须严格按照本规程操作。 一、操作前的检查 1、检查泵体，电机地脚螺栓是否松动，减震连轴器是否松动或脱离。 2、检查防爆开关，电动机的接线是否松动或失爆。 3、检查泵体润滑+油位是否在上油标线之间（曲轴箱内注入100#机械油）柱塞腔的滴油腔内是否有足量的润滑油。 4、检查泵与电机的对正情况。 二、操作前的准备 1、用手盘动连轴器转动，应无拒动现象（转动4－5转）。 2、给控制箱供电，触摸屏上显示各种状态。 3、检查运转状态显示屏上的各种状态显示是否正常。 4、在不接高压泵控制线的情况下开机，检验空机不带负载状态试运行，把控制箱调整在最佳状态。 5、按照《乳化泵（清水）泵站使用说明书》的有关要求对泵站进行检查并排除查出的故障 6、水箱中应加满水并随时补充，并检查出水管路是否安全畅通。 三、操作步骤 1、打开水箱出水阀门及孔口保压阀门。 2、送上电源，触摸屏显示初始画面，画面位于手动状态。 3、分别点动控制面板上1 高压泵、2 高压泵的按钮，检查电机转向是否与箭头标记一致。 4、确认电机转向与箭头标记一致后，即可启动任意一台泵进入系统调试状态，此时应对泵站进行一次全面检查，无异常现象后，方可投入单机运行或主机运行状态。 5、按动控制面板“程序”按钮，可调整泵站工作状态，每触动一次变化一次，显示顺序为“单机”、“1#泵站”、“ 2#泵站”、“手动”。 6、手动运行状态：按控制面板上的1#泵，1#泵启动，再按一次1#泵按钮，1#泵停止。同理可起动或停止2#泵。 7、单机运行状态：单机时，1#泵、2#泵均单机运行，两台泵不能同时运行。 8、联机运行状态：画面的左上角出现‘1#主机’时，1#泵为主机，2#泵为从机。主机开机后在设定的延时时间内系统压力达不到额定值时，自动启动 2#泵，这时两台泵同时运
2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵使用说明书 一、概述 2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵，适用于各种类型煤层的注水，特别是难注水煤层的注水；是目前解决低渗透性、高硬度难注水煤层注水的最有效技术手段，是我国目前唯一应用于煤层注水实践的脉冲式煤层高压注水泵，与现有应用于煤矿井下的煤层注水泵相比较具有如下特点： ①注水压力、注水流量为脉冲式，在调定的注水上限强度（压力）下，注水流量、脉冲强度（压力）根据煤层的渗透能力自动调节，脉冲强度随煤层对水渗透能力的降低而增高，脉冲频率保持不变，脉冲水强制沟通煤层内部原有封闭裂隙和形成新的裂隙网； ②脉冲水泵液力端采用黄铜为基体，具有良好的耐腐蚀特性，能很好满足煤矿井下腐蚀性水源使用要求； ③脉冲式煤层注水泵在使用上采用脉冲高压注水强制沟通煤层内部原有封闭裂隙、在煤层内部形成裂隙网，静压注水浸润煤体的复合注水方式，在停止脉冲式高压注水的同时系统自动转换为静压注水； ④采用可调压力阀与过载泄压阀复合结构方式，具有双重安全保护功能，使用安全可靠； ⑤采用注水泵主机与过滤器、高压水表集成结构，使用时无须水箱。 2 B Z - 40 / 12 最大脉冲强度12 MPa 排量40 L/min 注水 泵 柱塞数 脉冲式煤层注水泵一般采用成套供货方式。成套的脉冲式煤层注水泵包括：2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵、注水管路系统及封孔泵。 二、组成与工作原理 脉冲式煤层注水泵主要由脉冲泵体、带节流装置的调压器、压力显示器、高压水表及过滤器组成。脉冲式煤层注水泵结构示意如图所示： 图 2BZ-40/12脉冲式煤层注水泵结构示意图
脉冲泵体输出压力由0～P的脉冲高压水，带节流装置的压力调节器控制、并确保脉冲水压在设定的最大脉冲水压P下，控制输出的脉冲水流量能根据注水煤层的渗透能力自动调节，压力显示器间断显示脉冲水压的大小。 脉冲式煤层注水过程为：电动机带动脉冲式煤层注水泵运转，输出的脉冲高压水进入带节流装置的压力调节器，压力调节器根据煤层的渗透能力，在确保有足够脉冲水压强度的前提下，自动控制输出水量的大小，脉冲强度由压力显示器显示；呈高度脉冲的高压水通过管路系统注入煤层内部的过程中，在不压裂煤层的条件下，脉冲高压水在煤层内部形成的“水击”现象，迫使煤层内部原有封闭裂隙相互沟通或直接在煤层内形成新的裂隙网，提供水在煤层内部流动的网络通道，静压水通过这些网络渗透到煤层内部，使煤层得到有效湿润，煤层注入水量的多少由高压水表显示。一般条件下脉冲式高压注水采用脉冲泵压裂和沟通煤层裂隙、静压水浸润煤层的动、静压交替注水方式（水湿润并进入煤层微小裂隙在于毛细力和分子运动，与注水压力无关，注水压力只在于迫使水进入煤层内大的裂隙网）；即脉冲泵开启一段时间（时间的长短视煤层原有裂隙的发育和沟通情况不同而定，一般开启脉冲泵约半小时测定一次脉冲泵的最大脉冲压力，当脉冲压力有明显降低时，可认为脉冲压力水已在相当程度上强制沟通煤层原有裂隙网或在一定范围的煤层内部形成新的裂隙网），关闭脉冲泵，进行静压注水，在静压注水流量明显降低或注不进水时，再次开启脉冲式煤层注水泵，如此反复，直至煤层注水工作结束。 三、技术特征 ①脉冲强度 0-12 MPa ②输出流量 40 L/min ③脉冲频率 1460 次/min ④电机型号 YBK2-200-8 ⑤电机防爆型式:矿用隔爆型,防爆标志:EXdI ⑥电机功率 15 kw ⑦工作电压 380/660 V或660V/1140V ⑧外型尺寸 1300×630×715 mm ⑨整机质量 500 Kg 四、安装与试运转 ①安装前应清理好安装基面，确保脉冲式煤层注水泵安装稳定、可靠； ②在进行进水管路的连接时要确保连接头密封可靠，防止脉冲式煤层注水泵在工作过程中吸入空气，造成注水泵工作不稳定和损坏泵体。 ③脉冲式煤层注水泵在运转前应将规定的润滑油通过泵体动力端加油孔注
ZDS型高压注水泵安装使用说明书(操作手册) 重庆水泵厂有限责任公司2005年1月
目录 一、概述 (1) 二、泵型号及性能参数 (1) 三、泵的主要结构 (1) 四、主要零件材料 (3) 五、装配与拆卸 (3) 六、安装说明 (4) 七、启动、运转和停机 (5) 八、维护 (6) 九、可能出现故障和原因及解决方法 (7) 附一：表一.ZDS高压注水泵参数表 (8) 附二：图一.ZDS80-120注水泵结构图 (9)
一、概述： ZDS型高压注水泵是专为中国海洋石油渤海公司改造海上采油平台注水泵专门设计制造的高压水泵，用于海上平台油田自海底地层输注高压水。该泵是消化、吸收我厂高压除磷泵，原油外输泵的基础上生产的，采用对称布置及内流道特殊形式的高压自平衡单吸节段式多级离心泵。 二、泵型号意义及性能参数 1．型号说明： Z D S80—120 泵的总扬程(kg/cm2) 泵的设计流量(m3/h) 径向剖分式多级节段式高压注水泵2．性能参数：见技术性能表一 三、泵的主要结构： 该泵为单吸节段式多级离心泵，并采用叶轮对称布置及内流道的特殊形式两端脚支撑水泵。壳体部份是节段式，泵的传动方式是通过弹性膜片联轴器与电机相联，泵的旋转方向从驱动端(电机)看泵为顺时针方向旋转。 结构说明参见图1： 1．定子部分： 主要由进水段、中段、出水段、内流道进水段，导叶及末级导叶等主要零部件组成。并用两组穿杠联成一体。 2．转子部分： 主要由叶轮、轴、密封环、密封轴套、轴套螺母等零部件组成，且由轴套及轴套螺母对叶轮进行轴向定位。 3．轴承部分： 泵的两端由分瓣式的径向滑动轴承组成的前后轴承部件，并由
胜利油田注水泵的应用现状及发展 作者：刘维震廖成锐【关键词】胜利油田,注水泵,应用,管理 【摘要】注水泵的应用经历了三个阶段：1966～1977年为以低效离心泵为主要泵型的初期注水阶段；1977～1986年为低效离心泵技术改造阶段；1987～1997年为低效泵更新和高效泵推广应用阶段。注水泵的管理已由过去的制度管理和目标管理发展到应用现代管理方法进行的系统管理。现已全部完成低效泵的更新改造，离心式注水泵的铭牌效率都在75%以上，平均效率为77.5%，实际平均运行效率为75.86%，均居国内先进水平。实践证明，推行注水泵的系统管理是降低采油成本，提高经济效益行之有效的管理方法。 编者按油田注水系统是油田能耗大户，也是油田投资的主要领域之一，因此开发高效注水设备，提高现有注水系统运行效率，对于降低油田生产成本具有重要意义。本刊曾刊载过一些这方面的论文，欢迎读者结合油田实际，在研究设计、加工制造、生产使用等方面就这一问题继续发表意见。来稿要求论点鲜明、论据准确、论证科学，论文切入点要有较高实用价值、较强的可操作性。 Liu Weizhen(Oil Production Engineering Department of Shengli Petroleum Administration, Dongying City, Shandong Province), Liao Chengrui. Application and development of water injection pumps in Shengli Oilfield. CPM, 1999, 27(2): 41～43 This article gives a brief description of the application and development of water injection pumps in Shengli Oilfield in the past 30 years and more. Low-efficiency centrifugal pumps were used in the early period of water injection, which were then modified and upgraded. At present, high-efficiency pumps are employed and modern management method are adopted. The mean operating efficiency of the centrifugal pumps is 75.86%. Practice shows that the systematized management of water injection pumps can bring about a reduction of oil production cost and an increase of economic benefits. Subject Concept Terms Shengli Oilfield water injection pump application management 应用现状 目前胜利石油管理局已投入注水开发的油田有60个，油田大小不一，油藏类型多样，其配套的注水系统也各不相同。按注水系统能力分，有大站系统，以离心式注水泵为主。离心泵排量大，维护简单，在注水量大、注水压力为16MPa 的系统里被广泛采用，是高渗透率、整装大油田的主力泵型。另有小站系统，以柱塞式注水泵为主。柱塞泵具有扬程高、排量小、效率高、电力配套设施简单（指380V电压系统）等特点，适用于注水量低、注水压力高的中低渗透率油田或断块油田。近几年，针对高于系统压力的注水井点采用增压注水泵，是注水井增注和提高系统效率的有效措施之一。 截至1997年底胜利油田已建注水站185座，其中离心式注水泵站58座，安装泵268台；柱塞式注水泵站127座，安装泵740台。日供水设计能力达127 万m3，电动机总容量54万kW。注水泵平均运行效率76.12%，注水单耗5.9kW.h/m3。
柱塞式注水泵操作保养巡检规程
柱塞式注水泵操作保养巡检规程 1 范围 本标准规定了柱塞式注水泵的操作维护巡回检查及润滑方面的技术要求。 本标准适用于对柱塞式注水泵及以上的同类泵型的操作保养巡回检查。 2 操作规程 2.1 启动前准备 2.1.1新泵、大修或长时间停用的泵，启动前应全面检查。各部件可正常动作、泵内无杂物、摩擦副装配间隙应无变化、各部螺栓应紧固可靠。 2.1.2检查压力表、流量计应正常工作，润滑油质量和油位应符合规定要求。 2.1.3盘车2～3转，运转应顺利；检查皮带松紧度，用人力盘动皮带轮，使大皮带轮转动2转以上,运动机构应无障碍，必要时应调整皮带松紧度。 2.1.4顺序开启回流阀门、进口阀门与出口阀门，打开泵体放气阀，盘车放气，待放气阀不再有气体逸出时拧紧。 2.1.5检查电机及控制线路应完好，电机可靠接地； 2.1.6点动电机，旋向应正确； 2.1.7新泵、大修或长时间停用的泵，启泵时应先经过2小时空载运转。带负荷运转时，每隔30分钟按额定压力的四分之一逐步升压至所需压力，至少应在2小时以后方可升至额定压力。 2.1.8检查溢流阀在有效期内且无泄漏。 2.2启动 2.2.1完全开启吸入管道、压出管道和回流管道上的所有阀门，保证整个输送管道的完全畅通。 2.2.2有强制润滑系统的，先启动机油泵电机。 2.2.3启动注水泵电机。 2.2.4变频启动，应预先按需要调整或检查启动频率。 2.2.5缓慢关闭回流阀门，使压力达到规定值。 2.3运转 2.3.1泵运转时应无剧烈震动和异常响声，进、排液阀应无异常响声。 2.3.2检查润滑油密封部位无泄漏，润滑油位应在规定位置，油温应≤70℃。 2.3.3检查泵各部件应无温度骤升现象，密封函体应无明显发热、各轴承处温度≤70℃，柱塞与摩擦副处温度≤75℃、电机温度≤90℃。 2.3.4检查泵出口压力，排量应符合设计要求。 2.3.5检查电流，其读数不应超过电机额定值，电压平衡符合规范，瞬时最大电压不应超过420V。2.3.6经常检查密封函体的调节螺母应无松动，若柱塞处液体泄漏量超过国标规定，应停泵上紧调节螺母，若仍泄漏，则增加或更换密封圈。 2.3.7检查各部螺栓应无松动。 2.4停泵 2.4.1打开回流阀门，缓缓卸负荷直至空载。 2.4.2切断电动机电源。 2.4.3有强制润滑系统的，切断机油泵电机电源。 2.4.4关闭进排液阀门、旁通阀门。准备长期停用的泵应用清水冲洗，放净余水，拆洗所有的进、排液阀，涂上防锈油，并对整台泵进行防腐维护。