CN101532504A - 用于立式油气混输泵的入口导流锥 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于立式油气混输泵的入口导流锥，该导流锥设置在立式油气混输泵均混器的空腔中央，且位于混输泵入口处；所述导流锥由上而下依序至少由相互紧密连接的导流锥体、圆形导流台和导流锥底座构成；所述导流锥体的侧周面分布有用于疏导多相流体流向的导流叶片；圆形导流台和导流锥底座的侧周面为连续的流线型表面；导流锥底座的下部与混输泵均混器的外壳体相连接。所述导流锥利用导流叶片对油气多相流体进行整流，疏导多相流体的流向，防止其旋转，并剪切气团或液塞，使其进一步成为均匀的油气多相混合物，以适于进入混输泵增压单元，为增压单元的正常工作提供保证，从而确保油气混输泵的稳定、安全运行，并使立式油气混输泵的工作性能达到最优。

Description

用于立式油气混输泵的入口导流锥

技术领域

本发明是关于一种导流锥，尤其涉及一种用于立式油气混输泵入口处对油气多相流体进行整流、疏导作用的入口导流锥。

背景技术

在流体机械中，特别是在泵类机械中，导流锥是一种重要的过流部件，其主要作用是对入口的流体进行整流，消除不稳定状态，改善流动性能，使其符合泵类机械入口流动规律，并将流体引导入泵类机械的叶轮之中。但是，由于以往的导流锥能够满足普通水泵在一般工况下的使用要求，所以，近年来导流锥的研制并未再次引起足够的重视。

自从叶片式油气混输泵诞生以来，其性能的优劣一直是科研人员密切关注的重点问题。而其入口流态更是影响其自身性能的关键问题之一。但是，一般的导流锥已经不能适应油气多相流体复杂工况下的应用，因此，需要继续研究设计出一种新型导流锥，以改善入口流态，以适应油气多相流体的混合输送，提高混输泵性能。

叶片式油气混输泵初期的总体设计方案中，在入口吸入单元设有进口导流锥和进口导叶，其主要作用是梳直流体，保证叶轮进口速度场符合速度分布均匀和水力损失小的要求。之后几代混输泵的导流锥均采用了锥形结构加导流槽的设计，在当时也已能够满足油气混输泵多相流体工况的需要。

然而，随着海上油田、沙漠油田以及边际油田的大量开采，采油技术和多相增压技术不断发展，现有卧式混输泵体积大、占地面积广、安装不便，需要对叶片式油气混输泵结构和性能进行改进，以便适应新型采油系统，特别是适应深海油田水下生产系统。因此，研究人员特将均混器与混输泵做一体化设计，研制出性能优越、结构紧凑、空间合理且便于水下安装的立式油气混输泵。

如此一来，现有技术中卧式油气混输泵导流锥的结构与性能就不能满足立式油气混输泵的需要；现有导流锥其主要不足之处如下：

(1)现有导流锥体积庞大、结构复杂，加工制造不便；

(2)现有导流锥无叶片结构设计，仅依靠导流槽整流，如果用于立式油气混输泵中，整流效果欠佳；

(3)现有导流锥与立式均混器无法配合，混输泵与均混器一体化设计后，均混器将设在混输泵入口处，需要导流锥与其入口曲线相配合，而现有导流锥不具备这一条件；

(4)在立式结构中，若使用现有导流锥，将无法顺利引流，因为，现有混输泵为卧式结构，多相流体沿轴向流入，现有导流锥无需引流即可将多相流体导入混输泵的增压单元；而在立式结构中，多相流体从混输泵入口处沿径向流入，现有导流锥无法将多相流体导入增压单元；

(5)现有导流锥无支承混输泵轴的作用，将混输泵改为立式结构后，若继续使用现有导流锥，则需另行设计支承结构，这将使混输泵入口处设计复杂化。

鉴于现有结构的上述缺陷，需要设计出一种适用于立式油气混输泵的导流锥，以满足立式油气混输泵的结构与性能要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于立式油气混输泵的入口导流锥，利用该导流锥上导流叶片的剪切作用，破碎混输泵均混器出口处少数没有被完全均化的气团，有效的对油气多相流体混合物进行疏导、整流，并利用该导流锥自身的流线型外形使油气多相流体顺利、快速上流，进入混输泵增压单元(即：叶轮与导叶)之中，为增压单元的正常工作提供保证，从而使立式油气混输泵的工作性能达到最优。

本发明的另一目的在于提供一种用于立式油气混输泵的入口导流锥，以简化导流锥结构，降低其加工制造难度，并使导流锥便于安装。

本发明的又一目的在于提供一种用于立式油气混输泵的入口导流锥，避免另行设计支承混输泵轴的结构，将导流锥与混输泵轴支架一体化设计，以节省空间、简化结构。

本发明的目的是这样实现的，一种用于立式油气混输泵的入口导流锥，所述入口导流锥为上小下大的锥台形，该导流锥设置在立式油气混输泵均混器的空腔中央，且位于混输泵入口处，导流锥顶部与混输泵的增压单元入口对正；其特征在于：所述导流锥由上而下依序至少由相互紧密连接的导流锥体、圆形导流台和导流锥底座构成；导流锥体侧周面与混输泵均混器的内壳体之间形成流体通道；所述导流锥体的侧周面分布有用于疏导多相流体流向的导流叶片；圆形导流台和导流锥底座的侧周面为连续的流线型表面，以保证油气多相流体顺利上流；导流锥底座的下部与混输泵均混器的外壳体相连接，用以支撑该导流锥。

在本发明一较佳实施方式中，所述导流锥体与圆形导流台、圆形导流台与导流锥底座、及导流锥底座与均混器外壳体均为螺纹连接。

在本发明一较佳实施方式中，所述导流锥体下部、圆形导流台下部和导流锥底座下部均设有一凸部，该凸部设有外螺纹；所述圆形导流台上部、导流锥底座上部和均混器外壳体的内壁均设有与所述凸部对应的凹部，所述凹部设有相应的内螺纹。

在本发明一较佳实施方式中，所述导流锥体的侧周面分布有一个以上的导流叶片。

在本发明一较佳实施方式中，所述导流叶片的翼型骨线为流线型；导流叶片的出口安装角为90°。

在本发明一较佳实施方式中，所述圆形导流台侧周面的流线型表面形状与均混器入口端的周缘形状相匹配，以引导多相流体上流。

在本发明一较佳实施方式中，所述导流锥底座的下表面形状与均混器外壳体内侧底部表面形状相匹配，且导流锥底座的下表面贴合于均混器外壳体内侧底部表面。

在本发明一较佳实施方式中，所述导流锥体沿轴向自上而下设有用于与混输泵轴连接的阶梯孔，所述混输泵轴与阶梯孔之间设有轴承。

在本发明一较佳实施方式中，所述均混器外壳体底部设有除沙孔，该除沙孔上设有孔塞。

综上所述，本发明的主要优点在于：

(1)能够利用导流叶片的剪切作用破碎混输泵均混器出口处少数没有被完全均化的气团，有效的对油气多相流体混合物进行疏导、整流，在一定程度上调整多相流体流态，使入口多相流完全满足立式油气混输泵的工作要求，并能够利用自身的流线型外形使油气多相流体顺利、快速上流，进入混输泵增压单元(叶轮与导叶)之中，为增压单元的正常工作提供保证，从而使立式油气混输泵的工作性能达到最佳。

(2)能够适用于各种含气率的油气多相流体，特别是能够对高含气率的多相流体起到有效的导流作用，为油气混输泵在高含气率工况下顺利运行提供其所必需的条件。

(3)本发明将导流锥进行分体式设计，共分为三个部分，每一部分结构简单、合理、紧凑，加工制造与安装均更为方便；并且，增加了导流叶片，提高了导流与整流能力。

(4)与一般的导流锥相比，在对高粘度原油、高含气率油气混合物方面具有特别的适应与工作能力，并能对其进行有效处理，为油气混输泵的安全运行提供保证。

(5)结合立式均混器的结构外形，本发明将导流锥外侧曲面设计为与均混器相配合的形式，便于二者联合工作，同时可形成流道，有利于多相流体的输送。

(6)本发明的导流锥底部与混输泵均混器外壳体贴合，并且侧表面呈流线型，以此构成上小下大、呈近似圆锥状结构形式，方便多相流体自下而上沿导流锥运动。

(7)本发明的立式导流锥可起到支承混输泵轴的作用，避免单独设计混输泵轴支架，既节省了空间，又简化了结构。

(8)本发明无需外加动力设备、效率高、导流能力强、安全可靠。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1：本发明用于立式油气混输泵的入口导流锥的结构示意图。

图2：本发明用于立式油气混输泵的入口导流锥的结构分解示意图。

图3：本发明用于立式油气混输泵的入口导流锥的立体结构示意图。

图4：本发明用于立式油气混输泵的入口导流锥的立体分解结构示意图。

图5：本发明用于立式油气混输泵的入口导流锥的导流叶片结构示意图。

图6：本发明的导流锥装配于立式油气混输泵均混器的空腔中央入口处的结构示意图。

图7：本发明用于立式油气混输泵的入口导流锥的工作原理图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的一种用于立式油气混输泵的入口导流锥1，所述入口导流锥1为上小下大的锥台形，所述导流锥1由上而下依序由相互紧密连接的导流锥体11、圆形导流台12和导流锥底座13构成；所述导流锥体11的侧周面分布有用于疏导多相流体流向的导流叶片111；圆形导流台12和导流锥底座13的侧周面为连续的流线型表面14，以保证油气多相流体顺利上流；如图6所示，该导流锥1设置在立式油气混输泵均混器2的空腔中央，且位于混输泵入口处，导流锥1顶部与混输泵的增压单元3入口对正，导流锥体11侧周面与混输泵均混器的内壳体21之间形成流体通道；导流锥底座13的下部与混输泵均混器的外壳体22相连接，用以支撑该导流锥。在本实施方式中，所述导流锥体11的侧周面可均匀分布有多个导流叶片111。

由上所述，本发明用于立式油气混输泵的入口导流锥，其设计是将整流器与导流器的设计结合在一起，其原理是：利用导流锥底座13和圆形导流台12的流线型侧表面引导油气多相流体混合物上流；如图6、图7所示，当多相流体进入均混器2与圆形导流台12侧表面所构成的环形空腔内时，通过挤压作用，使多相流体加速上行，流经上部导流锥体11并进入导流叶片111之中，并在此与经过混输泵均混器混合管23侧壁开孔231的油气多相流体汇合，同时利用导流叶片111对油气多相流体进行整流，疏导多相流体的流向，防止其旋转，并剪切气团或液塞，使其进一步成为均匀的油气多相混合物，以适于进入混输泵增压单元3，为增压单元的正常工作提供保证，从而确保油气混输泵的稳定、安全运行，使立式油气混输泵的工作性能达到最优。

如图6所示，在本实施方式中，所述圆形导流台12侧周面的流线型表面形状与均混器2入口端的周缘24形状相匹配(相对应)，即：圆形导流台12其侧周面的流线型表面的内凹弧度与均混器2入口端的周缘24的外凸弧度相同(或近似)，由此，可以通过两者之间形成的环形空腔引导多相流体上流。

进一步，如图6所示，所述导流锥底座13的下表面形状与均混器外壳体22内侧底部表面形状相匹配，即：导流锥底座13的下表面外凸弧度与均混器外壳体22内侧底部表面内凹弧度相同，例如，混输泵均混器外壳体22内侧底部表面若为球面，则导流锥底座13的下表面也应为球面；并且，导流锥底座13的下表面贴合于均混器外壳体22内侧底部表面。

如前所述，导流锥体11侧表面分布的导流叶片111用于疏导多相流体的流向并剪切气团或液塞；当油气多相流体混合物进入导流锥体1的导流叶片111之间时，需要导流叶片111对其进行整流与导流，所以，所述导流叶片111要满足一定的要求。在本实施方式中，所述导流叶片111旋向与混输泵叶轮叶片(图中未示出)旋向相配合，以使多相流体进一步均匀混合，防止砂粒在导流锥前沉积，即：如果混输泵叶轮叶片为左旋，则导流锥体11侧表面的导流叶片111为右旋；如果混输泵叶轮叶片为右旋，则导流锥体11侧表面的导流叶片111为左旋。进一步，所述导流叶片111的翼型骨线为流线型(可为圆弧形)，导流叶片111厚度采用骨线两端加厚的方式；所述导流叶片111出口安装角β为90°(如图5所示)；并且导流叶片111进口边修圆、尾部修尖，以减少阻力。

在本实施方式中，所述导流锥体11与圆形导流台12、圆形导流台12与导流锥底座13、及导流锥底座13与均混器外壳体22均采用螺纹连接而构成相互间紧密连接的。

如图2、图4所示，导流锥体11下部设有一凸部112，该凸部112设有外螺纹1121，圆形导流台12上部设有与所述凸部112对应的凹部121，所述凹部121设有相应的内螺纹1211，所述导流锥体11与圆形导流台12通过所述内、外螺纹1211、1121相连接。

同理，圆形导流台12下部和导流锥底座13下部分别设有一凸部122和132，凸部122设有外螺纹1221，凸部132设有外螺纹1321，所述导流锥底座13上部和均混器外壳体22的内壁分别设有凹部131和221，所述凹部131设有内螺纹1311，所述凹部221设有内螺纹2211；所述圆形导流台12与导流锥底座13通过所述内、外螺纹1311、1221相连接；导流锥底座13与均混器外壳体22通过所述内、外螺纹2211、1321相连接，同时由外壳体22支承整个导流锥1。

如图1、图6所示，所述导流锥体11沿轴向自上而下设有用于与混输泵轴4连接的阶梯孔113，所述混输泵轴4与阶梯孔113之间设有轴承5，进而由所述导流锥1支承混输泵轴4。

进一步，所述均混器外壳体22底部还可设有除沙孔(图中未示出)，用以定期清理沉淀的砂粒；该除沙孔上平时设有孔塞。

下面结合附图6和附图7来说明其工作过程：

油气多相流体混合物Q进入混输泵均混器2空腔后，含油液量较大的部分多相流体沿导流锥底座13侧表面的流线型表面14开始上流，并经过圆形导流台12的流线型侧表面14，而圆形导流台12流线型侧表面14与混输泵均混器2入口端的周缘24(即：均混器2底部弯曲部分)之间构成一环形空腔，因此，油气多相流体进入此环形空腔，并通过挤压作用加速上流；与此同时，另一部分含气量较大的多相流体通过均混器混合管23侧壁多个开孔231进入到均混器内壳体21与混合管23之间，并经过混合管23底部弯曲部分与均混器内壳体21之间形成的另一环形空腔上流，在导流锥1上部导流锥体11入口处，两部分多相流体汇合，并进入导流叶片111之中；通过导流叶片111的整流作用，疏导多相流体的流向，防止其旋转，并剪切气团或液塞，待多相流体稳定、均匀之后，进入混输泵增压单元3中进行输送。

由上所述可知，本发明的一种用于立式油气混输泵的入口导流锥具有导流与整流等多重功能，其结构不同于现有技术中的泵入口导流锥，主要克服了以往形式导流锥不适用于立式油气混输泵入口的缺点，同时增加了导流叶片，有效解决了以往导流锥整流效果差的问题。

本发明的主要优点在于：

(1)能够利用导流叶片的剪切作用破碎混输泵均混器出口处少数没有被完全均化的气团，有效的对油气多相流体混合物进行疏导、整流，在一定程度上调整多相流体流态，使入口多相流完全满足立式油气混输泵的工作要求，并能够利用自身的流线型外形使油气多相流体顺利、快速上流，进入混输泵增压单元(叶轮与导叶)之中，为增压单元的正常工作提供保证，从而使立式油气混输泵的工作性能达到最佳。

(2)能够适用于各种含气率的油气多相流体，特别是能够对高含气率的多相流体起到有效的导流作用，为油气混输泵在高含气率工况下顺利运行提供其所必需的条件。

(3)本发明将导流锥进行分体式设计，共分为三个部分，每一部分结构简单、合理、紧凑，加工制造与安装均更为方便；并且，增加了导流叶片，提高了导流与整流能力。

(4)与一般的导流锥相比，在对高粘度原油、高含气率油气混合物方面具有特别的适应与工作能力，并能对其进行有效处理，为油气混输泵的安全运行提供保证。

(5)结合立式均混器的结构外形，本发明将导流锥外侧曲面设计为与均混器相配合的形式，便于二者联合工作，同时可形成流道，有利于多相流体的输送。

(6)本发明的导流锥底部与混输泵均混器外壳体贴合，并且侧表面呈流线型，以此构成上小下大、呈近似圆锥状结构形式，方便多相流体自下而上沿导流锥运动。

(7)本发明的立式导流锥可起到支承混输泵轴的作用，避免单独设计混输泵轴支架，既节省了空间，又简化了结构。

(8)本发明无需外加动力设备、效率高、导流能力强、安全可靠。

进一步，图6和图7，也可作为本发明一种用于立式油气混输泵的入口导流锥与其它油气混输设备连接的示意图。如图7所示，油气多相流体混合物经导流锥底座13流线型侧表面上流，经过圆形导流台12的导流作用，进入导流锥体11的导流叶片111中，经过整流作用进入叶片式油气混输泵增压单元中，经增压后输出。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1、一种用于立式油气混输泵的入口导流锥，所述入口导流锥为上小下大的锥台形，该导流锥设置在立式油气混输泵均混器的空腔中央，且位于混输泵入口处，导流锥顶部与混输泵的增压单元入口对正；其特征在于：所述导流锥由上而下依序至少由相互紧密连接的导流锥体、圆形导流台和导流锥底座构成；导流锥体侧周面与混输泵均混器的内壳体之间形成流体通道；所述导流锥体的侧周面分布有用于疏导多相流体流向的导流叶片；圆形导流台和导流锥底座的侧周面为连续的流线型表面，以保证油气多相流体顺利上流；导流锥底座的下部与混输泵均混器的外壳体相连接，用以支撑该导流锥。

2、如权利要求1所述的用于立式油气混输泵的入口导流锥，其特征在于：所述导流锥体与圆形导流台、圆形导流台与导流锥底座、及导流锥底座与均混器外壳体均为螺纹连接。

3、如权利要求2所述的用于立式油气混输泵的入口导流锥，其特征在于：所述导流锥体下部、圆形导流台下部和导流锥底座下部均设有一凸部，该凸部设有外螺纹；所述圆形导流台上部、导流锥底座上部和均混器外壳体的内壁均设有与所述凸部对应的凹部，所述凹部设有相应的内螺纹。

4、如权利要求1所述的用于立式油气混输泵的入口导流锥，其特征在于：所述导流锥体的侧周面分布有一个以上的导流叶片。

5、如权利要求4所述的用于立式油气混输泵的入口导流锥，其特征在于：所述导流叶片的翼型骨线为流线型；导流叶片的出口安装角为90°。

6、如权利要求1所述的用于立式油气混输泵的入口导流锥，其特征在于：所述圆形导流台侧周面的流线型表面形状与均混器入口端的周缘形状相匹配，以引导多相流体上流。

7、如权利要求1所述的用于立式油气混输泵的入口导流锥，其特征在于：所述导流锥底座的下表面形状与均混器外壳体内侧底部表面形状相匹配，且导流锥底座的下表面贴合于均混器外壳体内侧底部表面。

8、如权利要求1所述的用于立式油气混输泵的入口导流锥，其特征在于：所述导流锥体沿轴向自上而下设有用于与混输泵轴连接的阶梯孔，所述混输泵轴与阶梯孔之间设有轴承。

9、如权利要求1所述的用于立式油气混输泵的入口导流锥，其特征在于：所述均混器外壳体底部设有除沙孔，该除沙孔上设有孔塞。

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