[發明專利]一種螺旋軸流式油氣混輸泵的超分離型葉輪

在審

• 申請號: 201910873627.0
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110578706A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 韓偉;李星;楊成坤;姚惠鐘;陳雨;陳冉
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: F04D29/18
• 分類號: F04D29/18;F04D31/00
• 代理公司: 62203 金昌錦科標聯知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 王園園

一種螺旋軸流式油氣混輸泵的超分離型葉輪，本發明涉及石油開采油氣混輸技術領域，它包含輪轂和葉片；葉片設置在輪轂的外環壁上，且輪轂為錐形輪轂；所述的葉片與輪轂的相鄰面的最大厚度小于其位于輪緣處的最大厚度。通過調節加厚比系數ξ，從而使得兩相流動時的氣液分離現象及氣體聚集現象有所改善。盡可能將氣液分離延遲至尾緣，對葉輪內部的相態分離現象進行了優化，可以在一定程度上減小葉片扭曲，并且在輪緣外徑一定時，整個通道為漸縮形，在輸送兩相介質時，可以避免由于氣體壓縮、流量減少引起的軸面速度降低。

技術領域

本發明涉及石油開采油氣混輸技術領域，具體涉及一種螺旋軸流式油氣混輸泵的超分離型葉輪。

背景技術

隨著當今社會的不斷進步和發展，工業應用中對于油田開采和輸送技術要求越來越高，而多相增壓泵作為油氣混輸技術的核心，其設計和應用受到了重視。其中應用較廣泛的多相泵為螺旋軸流式多相混輸泵，螺旋軸流式多相混輸泵的優點在于葉輪結構有很長的方形通道，具有較大的流道曲率半徑，且該葉輪采用開式或半開式結構，可以輸送含砂介質，缺點在于隨著含氣率的增大，泵的性能會降低，且在增壓過程中會發生氣液兩相相態分離現象的發生。由于氣液兩相流易受到外界眾多因素的影響，且相與相之間存在相對運動以及復雜的界面效應，使得學者很難找出兩相流的演化機理，因此提高該類葉片式油氣混輸泵工作效率的難點之一就是減小相態分離，增強葉輪內氣液兩相的混合。

油氣混輸泵作為一種高效經濟的油田開發方式的核心設備，是一種集常規液相泵和氣體壓縮機性能于一體的多相輸送裝置，而葉輪作為油氣混輸泵的核心過流部件，對泵的性能有著很大的影響。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種設計合理的螺旋軸流式油氣混輸泵的超分離型葉輪，盡可能將氣液分離延遲至尾緣，對葉輪內部的相態分離現象進行了優化，可以在一定程度上減小葉片扭曲，并且在輪緣外徑一定時，整個通道為漸縮形，在輸送兩相介質時，可以避免由于氣體壓縮、流量減少引起的軸面速度降低。

為達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：它包含輪轂和葉片；葉片設置在輪轂的外環壁上，且輪轂為錐形輪轂；所述的葉片與輪轂的相鄰面的最大厚度小于其位于輪緣處的最大厚度。

本發明的工作原理：

兩相介質在經由葉輪旋轉做功后具有了一定的動能，然后于葉輪的出口邊流出在螺旋軸流式油氣混輸泵的做功過程中，兩相流體自從進水邊方向流入，經由葉片對其做功后，至出水邊方向流出；由于葉輪旋轉會造成葉片工作面和葉片背面有壓力梯度形成，以及離心力的作用，給氣液兩相的提供了分離動力，加劇了氣相和液相的分離，并且氣相的密度遠遠小于液相，因此在受到離心力及壓力梯度的共同作用下，密度小的氣相逐漸向靠近與輪轂的相鄰面區域運動，密度大的液相逐漸被甩至輪緣區域，故在葉輪流道內形成了氣相和液相的分離現象；

引入加厚比系數ξ，該系數表征葉片厚度由輪轂至輪緣的變化劇烈程度，其表達式為：

在滿足輪轂的強度要求及輪緣的工藝要求基礎上，使得加厚比系數ξ<1，即葉片與輪轂的相鄰面處的最大厚度δ_{h max}小于其位于輪緣處的最大厚度

δ_{s max}，不同的加厚比系數對應不同的葉片背面型線，而葉片工作面型線均一致，加厚比系數越大，葉片越向輪緣方向傾斜，加厚比系數越小，葉片越向相鄰面方向傾斜，在加厚比系數ξ<1時，葉片背面對流體的作用力在徑向的分力方向與離心力方向相反，相當于削減了一部分氣液分離動力，因此會改善流道內的氣液分離現象和氣體聚集現象，該情況下的葉輪的翼型可以很好的將氣液分離現象延遲至尾緣區域，使氣液分離現象不會發生在葉輪中后部而造成混輸泵的性能降低，同時由于減緩了流道內的氣液分離現象，還會相應的提高混輸泵的混輸性能；通過調節加厚比系數ξ，從而使得兩相流動時的氣液分離現象及氣體聚集現象有所改善。