螺旋轴流式多相泵的设计和实验研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 多相流 2003年学术会议 036114 螺旋轴流式多相泵的设计与实验研究 李清平薛敦松 中国海洋石油研究中心技术研究部 北京市4728信箱100027 石油大学(北京)机电学院 102200 摘要：随着边际油田、海洋石油的开发，以多相泵为核心的多相混输技术以其显著的技 术优势成为人们关注的焦点，多相增压装置研制也因此成为研究热点。目前国外部分成 果已进入工业化实验和应用阶段，我国也已开始着手进行相关的研究工作。本文借鉴单 相泵和压缩机中相关部件的结构形式和设计方法，兼顾避免泵内相态分离过程的发生和 满足多相增压两个方面的要求，针对泵内多相流动的特点，提出螺旋轴流式多相泵样机 及其主要过流部件的基本结构形式和设计方法，给出了主要设计参数的选取原则和范 围，并完成样机的设计、制造和初步实验研究，取得了预期的研究成果，为进一步的开 发研制工作奠定了基础。 关键词：多相输送多相泵设计方法实验研究 一、螺旋轴流式多相泵样机总体结构设计 1．1设计原则 基于叶片泵而研制的螺旋轴流式多相泵的设计难点在于如何减缓或避免流道内由 各个方向的作用力所引发的泵内气液两相之间相态分离，这正是影响多相输送性能的主 要因素。考虑到多相泵与单相泵的区别主要在于输送介质不同，所以可以借鉴单相泵、 压缩机的设计方法，兼顾泵内气液两相流动特点进行设计。其设计应该满足以下要求： (1)尽量避免或减少气液两相分离所造成的损失，保证两相输送的正常进行： (2)优化过流部件设计，减少泵内各种损失，提高泵效，保证满足要求的特性曲线。 1．2螺旋轴流式多相泵样机总体结构设计 本文所设计的螺旋轴流式多相泵样机的总体结构如图l所示“’。整个样机由吸入单 元、压缩单元、出口单元、泵体及辅助单元组成。 吸入单元：由进口导流锥和进口导叶组成，其主要作用是梳直进口油、气、水多相 流体，保证叶轮进口有要求的速度场，如速度分布均匀，水力损失较小、气液混合均匀。 压缩单元：压缩单元为样机的核心组成部分，每个压缩单元由一对叶轮和导叶(也 称整流器)组成，如图2。 压出单元：包括扩压段和压出室，作用在于进一步将多相流体动能转化为压力能。 辅助单元：包括轴承、密封、润滑等装置。对于多相增压系统而言，辅助系统的选 取和设计同样重要，因为所有的辅助设备必须能够在气液交变载荷情况下正常工作。 1、泵进口 2、进口导流锥 3、轴承 4、进口导叶 5、单机械密封 6、叶轮 7、导叶 8、泵壳 9，压出室 10、泵出口 图1螺旋轴流式多相泵样机总体结构图 样机的基本工作原理是：多相流体在高速旋转的叶轮中获得动能，并通过导叶的扩 压作用实现动能向压力能的转换，同时利用导叶叶片的剪切作用破碎叶