CN1439811A - 一种轴流式油气混输泵及其控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明是一种轴流式油气混输泵及其控制***,包括吸入室、稳流室、转轴、机械密封、叶轮、导轮、叶轮室等,叶轮为轴流桨叶式对片,叶片包角为30°~148°,叶片数8~20个,导轮采用空间扭曲形径向转轴向叶片,长短叶片各3~19个,叶轮、导轮和叶轮室构成一个增压级,多个增压级沿轴向串联,由机械密封与吸入室流道弹头形内腔构成封闭腔,由两个机械密封和轴承架构成封闭腔,封闭腔为压力油腔,与外油箱构成压力循环润滑***,腔内压力高于输送介质压力0.05MPa;其控制***由联轴器、电机和压力功率控制电路组成,其中联轴器与电机联接,电机外接一压力功率控制电路。
Description
技术领域
本发明为一种输送石油、天然气或其它气、液两相流泵,当含有不超过20%的沙粒时,仍可输送油气介质。
技术背景
现有气液两相离心泵,最大含气率仅为30%;螺杆泵等容积式泵,其流量有限,且对泥沙十分敏感,容易磨损,使间隙扩大,导致压力急剧下降。有一种叶片式气液固多相混输泵,可输送大流量、含固体的多相流体,但其采用大包角,长叶片螺旋形叶轮和等长密布导叶,摩擦损失较大,效率较低,另外结构上尚不能完全满足油田的实际运行工况。
发明内容
本发明是一种轴流式油气混输泵及其控制***,包括吸入室、混合室、转轴、机械密封、叶轮、导轮、转子套、转子室、压水室、推力轴承、轴承架、联轴器,本发明的叶轮为轴流桨叶式对片,叶片包角Φ=30°∽148°,叶片数8∽20个,导轮采用空间扭曲径向转轴向叶片,且叶片为长短间隔搭配,长短叶片各3~19个,叶轮、导轮和转子套构成一个增压级,多个增压级沿轴向串联,从首级至末级,叶轮和导轮轮毂直径逐渐扩大或叶轮、导轮外径逐渐减小,构成从入口到出口的收缩断面流道,也可采用等断面流道。吸入室为光滑过渡直通式吸入室,中心弹头状内腔a是一润滑油腔,流道中间加3∽6个起支承和导向作用的导叶,其中一个导叶为加厚导叶,由一个机械密封与吸入室流道弹头形内腔构成封闭腔a,由另外两个机械密封及轴承架构成封闭腔b,腔a、腔b为压力油腔,与油泵、进油管、回油管、冷却器、外油箱构成压力循环润滑***,腔内压力高于输送介质压力0.05MPa;其控制***由电机和压力功率控制电路组成,其中联轴器与电机联接,电机外接一压力功率控制电路。
根据以上所述轴流式油气混输泵及其控制***,其推力轴承是一分块自调心浸油式推力轴承,其压水室是从轴向转为径向的矩形断面蜗形压水室。
根据以上所述的轴流式油气混输泵及其控制***,其特征是控制***中的压力功率控制电路是由温度变送器、变频器、功率调节器、运算放大器、功率变送器组成,功率变送器测量电机的功率因数COSΦ、电压U和电流I,得到电机功率Nf,送入运算放大器,与给定功率值Ng比较,产生ΔN,经功率调节器产生控制信号,通过变频器调节电机的转速,控制电机的功率,限制转轴的扭矩变化幅值,控制泵的出口压力。温度变送器测量轴承的温度,当温度超过警戒值时发出报警信号,当温度超过临界值时,发出关闭电机信号。
附图说明
图1是本发明泵的装配简图,图2是叶轮叶片形状图,图3是导轮叶片形状图,图4是吸入室结构剖视图,图5是推力轴承的结构图。
具体实现方式
如图1所示,本发明的轴流式油气混输泵包括吸入室1、混合室3、转轴4、机械密封、叶轮6、导轮7、转子套10、转子室11、压水室12、推力轴承15、轴承架14、联轴器18。
如图2所示,叶轮6为轴流浆叶或叶片,叶片包角Φ=30°∽148°,叶片数8∽20个。如图3所示,导轮7为空间扭曲径向转轴向叶片,且叶片为长短间隔搭配,长短叶片各3~19个。叶轮、导轮和叶轮室构成一个增压级,多个增压级沿轴向串联,从首级至末级,叶轮和导轮轮毅直径逐渐扩大或叶轮、导轮外径逐渐减小,构成从入口到出口的收缩断面流道。
如图4所示,内腔为弹头形流线型流道的直吸式吸入室1。如图5所示,推力轴承15是分块自调心浸油式推力轴承,承受全部轴向力。镜板用两个小圆螺母固定在轴上,六块瓦以偏心球形接触面支承,各瓦块及支承件轴向尺寸相同,以保持各瓦受力均匀。
如图1所示,本发明采用密闭腔压力油循环润滑方式,由机械密封5与吸入室1的流道弹头形内腔构成封闭腔a,润滑一对向心推力球轴承和机械密封5的接触面;由机械密封13、机械密封17及轴承架14构成封闭腔b,润滑推力轴承15、圆柱滚子轴承和机械密封13的接触面;腔a、腔b为压力油腔,与油泵2、进油管20、回油管16、冷却器9、外油箱8构成压力循环润滑***,腔内压力高于输送介质压力0.05MPa,保证沙粒不进入机械密封的接触面。
如图1、图6所示,本发明的控制***由电机19和压力功率控制电路21组成,其中联轴器18与电机19联接,电机19外接一压力功率控制电路21。压力功率控制电路21是由温度变送器21-1、变频器21-2、功率调节器21-3、运算放大器21-4、功率变送器21-5组成,功率变送器21-5测量电机19的功率因数COSΦ、电压U和电流I,得到电机功率Nf,送入运算放大器21-4,与给定功率值Ng比较,产生ΔN,经功率调节器21-3产生控制信号,通过变频器21-2调节电机19的转速,控制电机的功率,限制转轴4的扭矩变化的幅值,控制泵的出口压力。温度变送器21-1测量轴承的温度,当温度超过警戒值时发出报警信号,当温度超过临界值时,发出关闭电机信号。
本发明的控制***的目的是根据含气量变化自动调节转速以保持出口压力的基本稳定。当混输介质中的含气量下降时,输送的油含量则相对增加,混输介质的比重(重度)增加,电机的功率消耗增加,功率变送器将测得的功率值送入运算放大器与给定值比较,经功率调节器控制变频器,经变频器降低电机转速,保持泵的出口压力的稳定并限定功率和扭矩的变化幅值。当混输介质中的含气量上升时,输送的油含量则相对减少,混输介质的比重(重度)降低,电机的功率消耗降低,功率变送器将测得的功率值送入运算放大器与给定值比较,经功率调节器控制变频器,经变频器增加电机转速,保持泵出口压力的稳定。
介质经由直吸式吸入室1吸入,光滑地引入混合室3,混合室3为等断面流道,设四个翼型式导叶,起稳流和支撑作用,毂内布置机械密封。介质由混合室3流出进入叶轮6,经叶轮6获得压能和动能后进入导轮7,导轮7是固定不动的,它将介质的旋转动能转换为压力能,并由空间扭曲特殊形状叶片,使经过叶轮6后所产生的少量气液分离现象,进行气液混合,经过数级增压后,轴向流入蜗形压水室12,将介质的旋转动能转换为压力能后平稳地排出。
本发明可应用于近海油田和陆地油田的石油和天然气的输送,亦可用于化工、矿山等领域。
Claims (4)
1、一种轴流式油气混输泵及其控制***,包括吸入室1、混合室3、转轴4、机械密封、叶轮6、导轮7、转子套10、转子室11、压水室12、轴承架14、推力轴承15、联轴器18,本发明的特征是叶轮6为轴流桨叶式叶片,叶片包角Φ=30°∽1 48°,叶片数8∽20个,导轮7采用空间扭曲径向转轴向叶片,且叶片为长短间隔搭配,长短叶片各3~19个,叶轮、导轮和转子套构成一个增压级,多个增压级沿轴向串联,从首级至末级,叶轮和导轮轮毂直径逐渐扩大或叶轮、导轮外径逐渐减小,构成从入口到出口的收缩断面流道,也可采用等断面流道。吸入室1为光滑过渡直通式吸入室,中心弹头状内腔a是一润滑油腔,流道中间加3∽6个起支承和导向作用的导叶,其中一个导叶为加厚导叶,由机械密封5与吸入室流道弹头形内腔构成封闭腔a,由机械密封13、机械密封17及轴承架14构成封闭腔b,腔a、腔b为压力油腔,与油泵2、进油管20、回油管16、冷却器9、外油箱8构成压力循环润滑***,腔内压力高于输送介质压力0.05MPa;其控制***由电机19和压力功率控制电路21组成,其中联轴器18与电机19联接,电机19外接一压力功率控制电路21。
2、根据权利要求1所述轴流式油气混输泵及其控制***,其特征是推力轴承15是一分块自调心浸油式推力轴承,其压水室是从轴向转为径向的矩形断面蜗形压水室。
3、根据权利要求1所述的轴流式油气混输泵及其控制***,其特征是控制***中的压力功率控制电路21是由温度变送器21-1、变频器21-2、功率调节器21-3、运算放大器21-4、功率变送器21-5组成,功率变送器21-5测量电机19的功率因数COSΦ、电压U和电流I,得到电机功率Nf,送入运算放大器21-4,与给定功率值Ng比较,产生ΔN,经功率调节器21-3产生控制信号,通过变频器21-2调节电机19的转速,控制电机的功率,限制转轴4的扭矩变化幅值,控制泵的出口压力。
4、根据权利要求1、2所述的的轴流式油气混输泵及其控制***,其特征是温度变送器21-1测量轴承的温度,当温度超过警戒值时发出报警信号,当温度超过临界值时,发出关闭电机信号。
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