CN102979759A - 一种多相混输泵叶轮的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多相混输泵叶轮的设计方法。它通过控制叶轮主要几何参数：进口直径、叶轮出口直径、叶轮叶片的出口宽度来提高混输泵的水力性能及减小含气量对混输泵性能的影响。叶轮的叶片前盖板侧厚度比后盖板侧厚度小25％，且叶片厚度从前盖板侧向后盖板侧按照线性均匀增厚；叶片从进口边沿着流线方向到出口的厚度逐渐增大，其中进口边厚度为出口边厚度的40％左右。叶轮的叶片数为3到6个。

Description

一种多相混输泵叶轮的设计方法

技术领域

本发明涉及流体机械，特别涉及一种多相混输泵叶轮的设计方法。

背景技术

多相混输泵在油田开采中运用的最为广泛，目前，国内使用较多的是螺杆混输泵，主要是用来降低井口回压及提高产液量。但是螺杆混输泵的固相杂质的裕量一般较小，并且受泵几何尺寸的限制，其排量也较小，所以螺杆混输泵不便于大排量的油气多相输送。而叶片混输泵结构简单，排量大，可靠性较强，对固相杂质的适应性较好，可以满足大排量油气多相输送的需要。当泵在油气等多相下工作时，由于气体的存在，液相和气相间存在速度滑移，并且会使泵的扬程、流量有有一定程度的下降，随着含气量的升高，这种现象会越来越明显，进而使泵输送效率降低，影响泵的性能。为了在一定程度上解决这一问题，本发明提出了一种针对多相混输泵叶轮的设计方法。

发明内容

本发明提供了一种多相混输泵叶轮的设计方法。通过控制叶轮几个重要设计参数的设计方法，来实现提高混输泵的水力性能及降低气体含量对混输泵性能的影响。

实现上述目的所采用的技术方案是：

(1)提高泵的转数

提高泵的转数可以使高含气量的介质得到压头补偿，但过高的增压又将增大泵内两相分离的可能性。建议转数n在1750r/min转以上，辅以变频器实现对不同转数的需要。

(2)比转数的选择

比转数n_s越小，泵送相同物性和排量的介质所增加的压头就越高，但是气液两相的分离现象将越严重。比转数n_s也不宜过高，否则将达不到泵送混合物的目的，并且有可能降低泵轴的刚性，增大泵的磨损几率。因此应该合理地选择泵的比转数n_s。参考优秀模型泵的比转数，在其基础上进行一定范围了降低，建议n_s在210～270之间选择。

(3)叶轮进口直径D_j

$D_j=(3.5+\frac{n_s}{500})\·\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}$

式中：D_j-叶轮进口直径，米；

Q-设计工况的流量，立方米/秒；

n-叶轮转速，转/分；

n_s-比转数。

(2)叶轮出口直径D₂

$D_2=(9.31~9.75){\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{-1/2}\·\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}$

式中：

Q-设计工况的流量，立方米/秒；

n-叶轮转速，转/分；

n_s-比转数。

比转速大公式里面的数取大值

(4)出口宽度b₂

$b_2=(1.05-\frac{n_s-200}{1263})\·(1-2.12\·\frac{n_s-135}{10000})\·\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}$

式中：b₂-叶轮叶片出口宽度，米；

Q-设计工况的流量，立方米/秒；

n-叶轮转速，转/分；

n_s-比转数。

一种多相混输泵的叶轮，其结构包括：叶轮盖板、叶片、轮毂等。叶轮的进口直径、出口直径、叶片出口宽度采用上述设计方法确定。叶轮的叶片前盖板侧厚度比后盖板侧厚度小25％，且叶片厚度从前盖板侧向后盖板侧按照线性均匀增厚；叶片从进口边沿着流线方向到出口的厚度逐渐增大，其中进口边厚度为出口边厚度的40％左右。叶轮的叶片数为3到6个。

本发明的有益效果是：本设计方法设计的叶轮具有优秀的水力性能，能够使泵在输送多相流时保持较高的效率，并且其气体含量对该泵的影响相比一般泵而言较小。

附图说明

图1是本发明一个实施例的叶轮轴面投影图

图2是同一个实施例的叶轮叶片图

图中：1.叶轮前盖板，2.叶轮进口直径D_j，3.叶轮出口直径D₂，4.叶轮后盖板，5.叶轮叶片出口宽度b₂，6.叶片，7.轮毂。

具体实施方式

图1和图2共同确定了这个实施例的叶轮形状。它具有叶轮盖板(1)，分别有前盖板和后盖板，是一种闭式叶轮，且叶片数3≤z≤6，能够改善流动情况，提高混输泵的水力性能和抗气体对其输送能力的影响。本发明通过以下几个关系式来确定叶轮进口直径(2)D_j、叶轮出口直径(3)D₂、叶轮叶片出口宽度(5)b₂。

$D_j=(3.5+\frac{n_s}{500})\·\sqrt[3]{\frac{Q}{n}};$

$D_2=(9.31~9.75){\left(\frac{n_s}{100}\right)}^{-1/2}\·\sqrt[3]{\frac{Q}{n}};$

$b_2=(1.05-\frac{n_s-200}{1263})\·(1-2.12\·\frac{n_s-135}{10000})\·\sqrt[3]{\frac{Q}{n}}.$

叶轮的叶片前盖板侧厚度比后盖板侧厚度小25％，且叶片厚度从前盖板侧向后盖板侧按照线性均匀增厚；叶片从进口边沿着流线方向到出口的厚度逐渐增大，其中进口边厚度为出口边厚度的40％左右。叶轮的叶片数为3到6个。

Claims (2)

1.一种多相混输泵叶轮设计方法，包括叶轮主要几何参数进口直径D_j、叶轮出口直径D₂、叶轮叶片的出口宽度b₂的设计公式以及叶轮的叶片数为3到6个，转速在1750r/min以上，比转数在210～270之间。其特征在于：叶轮几何参数与泵设计工况点性能参数之间适合以下关系： 

式中：Q-设计工况的扬程，米； 

D₂-叶轮出口直径，米； 

b₂-叶轮叶片出口宽度，米 

n-叶轮转速，转/分； 

n_s-比转数，转/分； 

D_j-叶轮进口直径，米。 

2.根据权利要求1所述的一种多相混输泵叶轮设计方法，其特征在于：多相混输泵叶轮结构包括：叶轮前盖板(1)、叶轮后盖板(4)、叶片(6)、轮毂(7)。叶轮的进口直径D_j、出口直径D₂、叶片出口宽度b₂采用上述设计方法确定。叶轮的叶片前盖板侧厚度比后盖板侧厚度小25％，且叶片厚度从前盖板侧向后盖板侧按照线性均匀增厚；叶片从进口边沿着流线方向到出口的厚度逐渐增大，其中进口边厚度为出口边厚度的40％左右。 

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