流道渐缩型轴流式油气混输泵特性研究

发布时间：2020-06-11 10:16

【摘要】：轴流式油气混输泵因其在油田开采中可减少管线分输设备、节约成本而被作为油气混输系统中的关键设备。本研究以提升混输泵水力性能和稳定性为目标,采用理论设计与数值模拟相结合的方法,对YQH-100型轴流式油气混输泵的结构参数进行优化设计,主要内容如下有两点:一、探讨整流器进口安放角对混输泵水力性能的影响;二、在最优整流器进口安放角的基础上对现有油气混输泵进行流道上的改进,提出流道渐缩型油气混输泵并进行了优化研究。具体如下:1.针对原混输泵压缩单元动静交界处流动不均匀问题,以设计工况下泵的增压和效率提升为优化目标,设计了三种不同进口安放角的整流器,在不同含气率下对单级压缩单元进行稳态分析,当进口安放角增大时,整流器进口流速减小,叶片背面产生低速脱流区的起始点向进口方向移动,混输泵的增压能力、气液混合能力及效率均呈现出先增大后减小的趋势,对叶轮出口压力干涉减小,压力分布较为均匀,但平均压力较低;较小的进口安放角导致叶片间排挤加大,通流面积减小,动静交界处流速和压力的不均匀性增大。整流器进口安放角为15°/19°的压缩单元性能最优,其效率比原模型提高了1.7%。2.针对油气混输泵在高含气率下的气液分离现象,参照压缩机内部结构,将三级油气混输泵改进为渐缩型流道,并在此基础上设计三种不同平均流道高度的模型,通过对比不同含气率下的稳态计算结果得出:随着含气率的升高,原模型效率逐渐降低,流道渐缩型油气混输泵效率先降低后增大,说明与原模型相比,改进后的模型在输送高含气率的气液混合介质时泵性能得到改善。对于改进后的模型来说,随着平均流道高度的减小,叶轮叶片工作面静压力分更为均匀,流道内的高含气区数量及面积逐渐减小,反映在外特性上为混输泵增压能力下降,但气液混合能力增强,流动分离损失减小,使得混输泵效率升高,综合考虑得出:平均流道高度为55 mm时,流道渐缩型油气混输泵综合性能较优。3.为研究油气混输泵的瞬态特性,在稳态计算的基础上对优化模型进行瞬态计算,对各模型压力脉动分析得出:叶轮内压力脉动主频为1倍叶频,说明叶轮内的压力脉动主要受叶轮旋转与叶轮叶片数的影响;叶轮进、出口的压力脉动主要集中在中低频,而叶轮中部在高频处也存在较为明显的压力波动。对各模型叶轮受力情况分析得出:一个旋转周期内,叶轮所受轴向力出现4个波动周期,叶轮所受径向力却出现8个波动周期,说明叶轮轴向力与径向力的波动周期与叶片数相关;随其平均流道高度的减小,叶轮所受轴向力也减小,但径向力却增加,综合考虑得出:平均流道高度为55 mm时,流道渐缩型油气混输泵瞬态特性较优。对改进后的流道渐缩型油气混输泵在不同含气率下的叶轮受力分析得出:轴向力大小、径向力大小及其波动幅值与含气率负相关。本研究改进了现有油气混输泵性能,对优化油气混输泵的水力设计、保证油气混输泵在高含气率情况下运行稳定性和研究泵内振动特性提供了重要的理论参考依据。
【图文】：

流道渐缩型轴流式油气混输泵特性研究其在我国各类油田开采中进一步推广和应用，这对我国能源发深远的意义。外研究现状及进展混输泵研究现状及进展，最早应用于油田并投入生产的是双螺杆泵，如图 1.1 所示。A公司）于 1985 年在 Trecate 油田进行了陆上持久性试验，将一装在深达 1000 米的海底，将油井中开采出的未处理的油、气、至 100 公里外的海底增压系统进行集中处理，并取得成功[8]。热量大、螺杆受力易折断、抗砂性能差等原因，而在深海油田

公司）于 1985 年在 Trecate 油田进行了陆上持久性试验，，将一装在深达 1000 米的海底，将油井中开采出的未处理的油、气、至 100 公里外的海底增压系统进行集中处理，并取得成功[8]。热量大、螺杆受力易折断、抗砂性能差等原因，而在深海油田图 1.1 双螺杆泵结构简图
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE974.1

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本文编号：2707755