CN102207085A - 转子式内压缩油气混输泵机组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转子式内压缩油气混输泵机组，属于流体输送装置技术领域。该机组包括支撑一对相互啮合共轭转子的壳体，共轭转子将壳体内的空腔分隔成吸入腔和排出腔，吸入腔设有流体进口，排出腔设有流体出口，共轭转子与流体出口之间设有将排出腔分隔成啮合区域与排出区域的隔离壁，隔离壁处装有至少一个单向阀，当单向阀闭合时，啮合腔与排出腔完全隔离，当单向阀打开时，啮合腔与排出腔连通。本发明的转子式内压缩油气混输泵机组即使在气液比不稳定的多相介质输送过程中，均具有将气体介质内压缩，增压至排出压力后排出泵外的独特功能，彻底消除气堵现象，可靠实现被输送多相介质的内压缩输送过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于多相介质的输送容积泵，尤其是一种转子式内压缩油气混输泵机组，属于流体输送装置技术领域。
背景技术
在采油生产过程中，所开采的原油往往含有丰富的石油伴生气——天然气。即在石油开采中所要输送的介质既有液相介质—原油，又含气相介质—天然气。传统的输送方法是先将介质进行气液分离，针对液相介质采用泵输送，而气相介质的输送则由压缩机来进行；或者在含气量不稳定的采油区块，传统的原油输送工艺是将各个采油井的原油通过汇管进入增压站的缓冲罐，少量的含气原油用传统的不具有内压缩功能的混输泵外输至下游的集输站(转油站)，当汇管来的介质中含气较多，传统的混输泵不能正常外输时，则采用通过缓冲罐将过多的天然气向大气中排放或燃烧。而先进的油气混输工艺则可以回收利用天然气能源，节约石油开采成本，有利于环境保护、降低消耗、节约资源、实现石油伴生资源的充分回收等，因此得到推广。
长期以来，油气混输送大多采用双螺杆泵完成，其缺点是在输送介质中含有泥沙等杂质时，很容易磨损。为此，申请号为CN200520093369.8的中国专利申请给出了一种高效双转子石油混输泵，它包括泵体、进口发兰、出口发兰，在泵体内组装主转子轴和副转子轴，主转子轴通过齿轮副传动联接副转子轴，在主、副转子轴上沿周向均布组装叶片，在叶片的外端面上镶装弹性体。其优点是能实现稠油、泥砂、水、气混输的功能，集齿轮泵和叶片泵的优点，提高泵效及使用寿命，且结构简单紧凑，运行平稳，震动小、噪音低，便于维修。
据申请人了解，在采用转子泵进行油气混输时，一直采用如下的输送系统：首先将来自各分散采油井的介质通过汇管引入外输增压站的缓冲罐或分离器罐(参见申请号为CN01266975.X的中国专利申请)。在气液比小(即气含量少)的情况下，输送系统直接由外输混输泵输往油田的集输站(转油站)。但在气液比大(即气相介质所占比例多)的情况下，由于传统结构的混输泵不具有内压缩功能，此时泵的运行极易产生气阻——即泵的有效工作容积为气体所占据，气相介质体积的可压缩特性使得在泵腔中所输送介质无法达到输出压力，介质不能正常输出，出现泵排出流量为零的堵塞现象。因而需要通过缓冲罐向大气中释放过多的天然气，减少气量，以适应泵的输送要求；甚至不得已采用分离器罐将多相介质进行分离，再采取传统的气体管线和液体管线由泵和压缩机分别输送。
因此，上述输送系统受限于传统混输泵结构，不能实现对天然气的完全回收。尤其是，各油田的地质条件不同，气液比是一个变量，更使得气体完全回收的油气混输成为一个难度极高的问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的局限性，提出一种在各种气液比情况下，无需缓冲罐即可实现气体完全回收的转子式内压缩油气混输泵机组，从而切实解决气液比不稳定多相介质输送的难题。
为了达到以上目的，本发明的转子式内压缩油气混输泵机组包括支撑一对相互啮合共轭转子的壳体，所述共轭转子将壳体内的空腔分隔成吸入腔和排出腔，所述吸入腔设有流体进口，所述排出腔设有流体出口，所述共轭转子与所述流体出口之间设有将所述排出腔分隔成啮合区域与排出区域的隔离壁，所述隔离壁处装有至少一个单向阀，当所述单向阀闭合时，所述啮合区域与所述排出区域完全隔离，当所述单向阀打开时，所述啮合区域与所述排出区域连通。
工作时，相互啮合的转子在传动机构驱动下连续旋转，在吸入侧，由于转子突起部位相互渐渐脱开啮合，空间出现由小到大的容积变化，形成负压使介质充盈吸入腔空间。充盈介质的空间随着转子的运转，进入排出腔。当转子的突起部位逐渐进入啮合时，啮合空间出现由大到小的容积变化，如充盈的介质为液相介质，由于液体不可压缩，因此将推开单向阀，流体经排出阀输出；当充盈的介质为气相介质或主要为气相介质时，由于气体可压缩，因此当啮合腔的压力小于流体出口外的管线压力时，被输送的气相介质将因转子的连续运转而在有限的啮合区域聚集增压，很快压力大于管线压力，推开单向阀，流体经由排出阀输送到出口管线中，从而保证本发明的转子式内压缩油气混输泵机组即使在气液比不稳定的多相介质输送过程中，可以持续有效工作，彻底消除气堵现象，可靠实现被输送介质的内压缩输送过程。
现有技术的排出侧空间与流体出口外的管线空间始终连通，因此当输送气相介质出现阻塞时，输送泵的排出压力难以升高，从而导致长时间的堵塞。本发明由于隔离壁将排出腔分隔成啮合区域与排出区域，而啮合区域的空腔容积有限，因此当输送气相介质气体积聚时，很容易实现内压缩使压力升高，以致克服出口管线压力，推开单向阀，无论气液比如何变化，均能保持输送畅通。由此可见，本发明以针对性合理的结构改进，无需缓冲罐，妥善解决了多相介质输送容易出现堵塞的难题，实现了气体的完全回收。
本发明进一步的完善是，所述单向阀主要由水平隔离壁上的垂直方向通孔、位于垂直方向通孔上的重力球、以及位于重力球上方且与壳体固连的限位器构成，所述限位器的下部具有朝下的圆周翻边，与重力球之间形成间隙。这样，单向阀的结构十分简单，只要克服重力球的自重，即可打开，而限位器不仅可以限制重力球的开启高度，而且具有水平位置的约束作用，从而保持重力球始终处于可靠的工作状态。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一个优选实施例的结构示意图。
图2是图1的剖视图。
具体实施方式
实施例
本实施例的转子式内压缩油气混输泵机组如图1、图2所示，壳体1由下壳体1-1、上壳体1-2以及上壳盖1-3构成，组装十分方便。其中部通过轴承支撑一对相互啮合共轭转子4。该共轭转子4的转轴处于同一水平面内，将壳体1内的空腔分隔成吸入腔1-4和排出腔1-5。吸入腔1-4的两侧设有流体进口1-7，排出腔1-5两侧设有流体出口1-8。共轭转子4与流体出口1-8之间设有将排出腔1-5分隔成啮合区域1-9与排出区域的隔离壁1-10。该隔离壁1-10的下表面处于与共轭转子4包络外圆相切的位置，因此可以形成尽可能小的啮合腔。隔离壁上装有分别位于两共轭转子上方以及位于两共轭转子啮合区域上方的三个单向阀3。各单向阀分别由水平隔离壁上的垂直方向通孔、嵌在垂直方向通孔上口的阀座1-11、位于垂直方向通孔上的重力球、以及位于重力球上方的限位器2-1构成，可以相互协调配合。阀座1-11的上口具有与重力球形状相配的锥面倒角。限位器2-1朝上延伸的限位杆2通过螺栓固定在上壳盖1-3上，限位器2-1的下部具有朝下的圆周翻边，与重力球之间形成间隙。当单向阀3在重力球的重力作用下，堵住阀座1-11上口处于闭合状态时，啮合区域1-9与排出区域完全隔离。当所输送的介质克服重力球的自重，推开单向阀3时，啮合区域1-9与排出区域连通，直达流体出口1-8。限位器不仅可以限制重力球的开启高度，而且通过圆周翻遍可以约束重力球在水平面方向的运动，从而保持其与阀座的相对位置，始终处于可靠的工作状态。
正常情况下，单向阀在限位器和阀座之间的有限空间处于自由状态。当其两侧的压差大于重力球自重时，单向阀将被打开，否则处于关闭状态。
与传统转子泵(参见CN01266975.X)相比，本实施例的共轭啮合主从动转子呈水平位置布置，有助于泵进出口方向由原来水平分布改为低进高出位置分布，由此改善了泵的吸入条件和泵工作腔间隔的密封。实践证明，本实施例不仅实现了现有技术所不具有的内压缩功能，因此除了可以保证稳定的气液混输工况外，还克服了现有技术的以下缺点：
1.现有技术在气态介质从进口到出口输送过程中，由于泵出口高压介质可能回流到泵工作腔，因此极易产生严重的冲击和震动，影响泵的密封和运行可靠性；
2.现有技术由于共轭啮合的转子呈垂直布置，使泵本身的重心偏高，除在交变载荷运行中存在失稳的弊端外，同时，泵工作腔上部滞留的气态介质，即降低泵密封性能，影响泵的流量和排出压力；更易形成气阻。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。例如单向阀也可以采用锥阀等等。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种转子式内压缩油气混输泵机组，包括支撑一对相互啮合共轭转子的壳体，所述共轭转子将壳体内的空腔分隔成吸入腔和排出腔，所述吸入腔设有流体进口，所述排出腔设有流体出口，其特征在于：所述共轭转子与所述流体出口之间设有将所述排出腔分隔成啮合区域与排出区域的隔离壁，所述隔离壁处装有至少一个单向阀，当所述单向阀闭合时，所述啮合区域与所述排出区域完全隔离，当所述单向阀打开时，所述啮合区域与所述排出区域连通。
2.根据权利要求1所述的转子式内压缩油气混输泵机组，其特征在于：所述单向阀主要由水平隔离壁上的垂直方向通孔、位于垂直方向通孔上的重力球、以及位于重力球上方且与壳体固连的限位器构成，所述限位器的下侧具有朝下的圆周翻边，且与重力球之间形成间隙。
3.根据权利要求1或2所述的转子式内压缩油气混输泵机组，其特征在于：所述隔离壁的下侧表面处于与共轭转子包络外圆相切的位置。
4.根据权利要求3所述的转子式内压缩油气混输泵机组，其特征在于：所述共轭转子的转轴处于同一水平面内。
5.根据权利要求4所述的转子式内压缩油气混输泵机组，其特征在于：所述吸入腔的两侧设有流体进口，排出腔两侧设有流体出口。
6.根据权利要求5所述的转子式内压缩油气混输泵机组，其特征在于：所述垂直方向通孔的上口嵌有阀座，所述阀座的上口具有与重力球形状相配的锥面倒角。
7.根据权利要求6所述的转子式内压缩油气混输泵机组，其特征在于：所述壳体由下壳体、上壳体以及上壳盖构成，所述限位器朝上延伸的限位杆通过螺栓固定在上壳盖。
8.根据权利要求7所述的转子式内压缩油气混输泵机组，其特征在于：所述隔离壁上装有分别位于排出区域下部以及两共轭转子啮合区域上方的三组单向阀。
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