CN107939750B - 一种气液混输提升离心油泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心油泵，尤其涉及一种气液混输提升离心油泵，用于采油输油装备领域。包括外筒体和泵轴，所述的外筒体的左侧壁设有排出端，所述的外筒体的右侧壁设有支撑托架，所述的泵轴从支撑托架延伸至外筒体内，所述的外筒体中设有若干呈连续分布的叶轮组件，最右端的叶轮组件中设有偏心转子水环结构，所述的叶轮组件与偏心转子水环结构分别与泵轴套接，最左端的叶轮组件与泵轴呈定位连接。一种气液混输提升离心油泵结构紧凑，提高使用性能，可靠性高。

Description

一种气液混输提升离心油泵

技术领域

本发明涉及一种离心油泵，尤其涉及一种气液混输提升离心油泵，用于采油输油装备领域。

背景技术

深井开采原油作业的一个重要过程就是将油品从几百至几千米的井下提升至地面，这其中面对的是介质中的大量溶解和相变产生的气体，严重威胁着提升泵等输送设备的正常运行。一种解决方案是将输送泵设计为容积型的结构，利用工作体积的变化来产生抽吸力工作；另一种，主流的离心叶轮提升方式则尝试气液分离排出的策略，其单一的离心分离效果有限，而强制排气方式因结构方案复杂无法在井下实施。所以，如何简单有效地将气体分离排除泵腔，或者实现顺利的混合输送是当前国内流体输送行业需要迫切解决的问题。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种结构紧凑，特别是解决深井采输油时的气液分离技术，通过离心作用将气液两相初步分离，再通过后泵腔特殊设计的偏心小叶轮及其水环产生的真空抽吸能力，将分离的气体介质引至导叶出或者轴端的小通道排出，有助于解决油气混输时，介质中溶解或者相变产生的气体堵塞流道或者产生气蚀的破坏失效问题的一种气液混输提升离心油泵。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种气液混输提升离心油泵，包括外筒体和泵轴，所述的外筒体的左侧壁设有排出端，所述的外筒体的右侧壁设有支撑托架，所述的泵轴从支撑托架延伸至外筒体内，所述的外筒体中设有若干呈连续分布的叶轮组件，最右端的叶轮组件中设有偏心转子水环结构，所述的叶轮组件与偏心转子水环结构分别与泵轴套接，最左端的叶轮组件与泵轴呈定位连接；

所述的泵轴与支撑托架间设有气液分离器，所述的支撑托架的尾部为吸入口；

所述的叶轮组件包括与泵轴相套接的离心叶轮，所述的离心叶轮外空套有空间导叶，所述的离心叶轮与空间导叶间形成导流通道；

相邻叶轮组件中的导流通道呈连通状分布；

所述的偏心转子水环结构包括设在离心叶轮中的前置配流盘，所述的离心叶轮的尾端中设有进气通道，所述的离心叶轮中设有后置配流盘，所述的前置配流盘与后置配流盘间设有偏心叶轮，所述的前置配流盘、偏心叶轮和后置配流盘呈间隔状分布，所述的前置配流盘、偏心叶轮和后置配流盘形成水环区腔体，所述的后置配流盘中设有出气通道，所述的进气通道与出气通道相连通，所述的出气通道通过排外组件与外筒体相连通。

作为优选，所述的偏心叶轮包括与泵轴相套接的转子轮毂，所述的转子轮毂的外壁设有呈周向陈列的转子叶片，所述的转子轮毂一端的外壁设有加压排气区，所述的转子轮毂另一端的外壁设有负压吸气区。

作为优选，所述的转子叶片呈倾斜状分布，所述的加压排气区与负压吸气区的横截面分别呈月牙形状，所述的加压排气区与负压吸气区呈相对分布。

作为优选，所述的泵轴上套有前置导叶，所述的前置导叶中的外端设有液体流动区，所述的液体流动区与导流通道相连通，所述的前置导叶中的内端设有气体流动区，所述的气体流动区与进气通道相连通，所述的气液分离器与前置导叶间设有分离器，所述的支撑托架与泵轴间、离心叶轮与泵轴间分别通过滑动轴承相定位，所述的支撑托架中设有机械密封，最左端的叶轮组件与泵轴通过圆螺帽进行定位。

作为优选，所述的排外组件包括设在空间导叶中的排气通道，所述的排气通道与出气通道相连通，所述的外筒体中设有与排气通道相连通的外筒体排气通道。

作为优选，所述的排外组件包括设置在泵轴中的泵轴排气通道，所述的泵轴排气通道与出气通道相连通，所述的排出端中设有与泵轴排气通道相连通的排出端排气通道。

作为优选，所述的离心叶轮呈分体式分布，所述的离心叶轮与泵轴通过轴套定位。

结构优点：

1、该气液混输离心泵为立式或者卧式结构，单级多级皆可，其权利核心内容是提出气液分离器和水环真空结构相配合的气液分离技术，将其合理地设置在叶轮的前后两侧，可高效地分离和排出气体。

2.叶轮后盖板设计便于在叶轮后部形成集水腔，在叶轮后部安装偏心转子，其上周向阵列小叶片，同时在偏心转子轴向一侧位置放置配流盘，如此可以在叶轮后泵腔位置处形成旋转的水环，其内侧产生真空，通过叶轮平衡孔对叶轮内的气体产生抽吸作用。

3.在导叶或者泵轴中设置气体排出通道，其一侧与水环气体出口相连，另一侧与泵外部连。至此，气体的排出通道可穿过静止的过流件，也可以通过轴内通道排出。

主要结构配合的优点：

1、气液分离器+前置导叶+主叶轮+偏心转子的结构考虑：

提出多级叶轮配合空间导叶的结构对流体增压，其显著特色是首级叶轮前后侧辅助元件的设计和配合工作。即，采用离心气液分离器、离心主叶轮、偏心转子联合协作，共同完成气液分离和抽吸的任务。其中，离心分离器通过高速的强旋转将原油和溶解的气体分离，密度较大的油被驱离至管线的外侧，气体则被挤压在半径小的内侧；前置导叶起整流的作用，消除速度环量，同时进一步将气液分层；主叶轮给流体做功，其进口内侧设置较大的平衡孔(或者单独打孔)，一方面平衡轴向力，另一方面作为气体轴向运动的通道；主叶轮的后部设置偏心转子，配合后泵腔水体产生真空负压，提升气体轴向移动的效果。

2、主叶轮后部腔体的设计及其与泄漏量的考虑：

主叶轮后部后盖板位置设置较为规则的阶梯形状，与轴套配合产生特殊的环形储水空间，其轴向尺寸与该转速下偏心转子的外径和需要产生的抽吸力相关，需要单独计算。此外为保证该腔体内流体的充溢度，适当增大叶轮后口环处的密封间隙，减小密封长度，同时适当减小前口环的间隙，减小回流量。

3、偏心转子的设计：

偏心转子的设计采用水环真空泵叶轮的设计思路，其核心参数是叶轮外径、叶片数、叶片宽度和偏心率，依据叶轮后盖板腔体的充液量和需要产生的气体抽吸力可以计算获得。

4、排气通道的布置：

排气通道可以设置在导叶或者泵轴中，其一侧与水环气体出口相连，另一侧与泵外部连。至此，气体的排出通道可穿过静止的过流件，也可以通过轴内通道排出。通道的孔径取5～8mm即可。

本发明提供一种气液混输提升离心油泵，结构紧凑，提高使用性能，可靠性高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的另一结构示意图；

图3是本发明中偏心转子水环结构的结构示意图；

图4是本发明中偏心转子的平面装配关系的结构示意图；

图5是本发明中轴向排气的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种气液混输提升离心油泵，包括外筒体1和泵轴2，所述的外筒体1的左侧壁设有排出端3，所述的外筒体1的右侧壁设有支撑托架4，所述的泵轴2从支撑托架4延伸至外筒体1内，所述的外筒体1中设有若干呈连续分布的叶轮组件5，最右端的叶轮组件5中设有偏心转子水环结构6，所述的叶轮组件5与偏心转子水环结构6分别与泵轴2套接，最左端的叶轮组件5与泵轴2呈定位连接；

所述的泵轴2与支撑托架4间设有气液分离器7，所述的支撑托架4的尾部为吸入口8；

所述的叶轮组件5包括与泵轴2相套接的离心叶轮9，所述的离心叶轮9外空套有空间导叶10，所述的离心叶轮9与空间导叶10间形成导流通道11；

相邻叶轮组件5中的导流通道11呈连通状分布；

所述的偏心转子水环结构6包括设在离心叶轮9中的前置配流盘12，所述的离心叶轮9的尾端中设有进气通道13，所述的离心叶轮9中设有后置配流盘14，所述的前置配流盘12与后置配流盘14间设有偏心叶轮15，所述的前置配流盘12、偏心叶轮15和后置配流盘14呈间隔状分布，所述的前置配流盘12、偏心叶轮15和后置配流盘14形成水环区腔体16，所述的后置配流盘14中设有出气通道17，所述的进气通道13与出气通道17相连通，所述的出气通道17通过排外组件与外筒体1相连通。

所述的偏心叶轮15包括与泵轴2相套接的转子轮毂33，所述的转子轮毂33的外壁设有呈周向陈列的转子叶片18，所述的转子轮毂33一端的外壁设有加压排气区19，所述的转子轮毂33另一端的外壁设有负压吸气区20。

所述的转子叶片18呈倾斜状分布，所述的加压排气区19与负压吸气区20的横截面分别呈月牙形状，所述的加压排气区19与负压吸气区20呈相对分布。

所述的泵轴2上套有前置导叶21，所述的前置导叶21中的外端设有液体流动区22，所述的液体流动区22与导流通道11相连通，所述的前置导叶21中的内端设有气体流动区23，所述的气体流动区23与进气通道13相连通，所述的气液分离器7与前置导叶21间设有分离器24，所述的支撑托架4与泵轴2间、离心叶轮9与泵轴2间分别通过滑动轴承25相定位，所述的支撑托架4中设有机械密封26，最左端的叶轮组件5与泵轴2通过圆螺帽27进行定位。

所述的排外组件包括设在空间导叶10中的排气通道28，所述的排气通道28与出气通道17相连通，所述的外筒体1中设有与排气通道28相连通的外筒体排气通道29。

所述的排外组件包括设置在泵轴2中的泵轴排气通道30，所述的泵轴排气通道30与出气通道17相连通，所述的排出端3中设有与泵轴排气通道30相连通的排出端排气通道31。

所述的离心叶轮9呈分体式分布，所述的离心叶轮9与泵轴2通过轴套32定位。

图3为偏心转子的局部结构示意图。液体占据管线的外侧，而气体被挤压至内侧，由此液体进入叶轮，气体则有内侧红色通道进入叶轮盖板后部腔体。同时，由于叶轮对流体的做功，叶轮外径处的压力较大，其通过叶轮盖板后的径向间隙进入前述叶轮盖板后侧靠近轴的腔体，这部分流体在偏心叶轮的高速扰动下，产生明显的水环效应，此时偏心叶轮将与前置配流盘(其上不同径向位置开孔)共同协作完成对气体的抽吸和排出。气体排出的通道由后置配合盘上的开孔开始，一直到空间导叶上的斜孔，最后排出泵体。

图4为偏心转子的平面装配关系。气体外边界与轮缘之间的区域为水环区。其工作原理是，偏心叶轮的转动挤压流体，其内侧低压，外侧高压，气体在负压吸气区域通过前置配流盘轴向进入该腔体，后被封闭在水环中，被携带至加压排气区域，后被压缩通过后置盘轴向流出。

图5为轴向排气的结构示意图。后置配流盘上的排气通道向内侧开，一直延伸到轴内，与其相连的轴内部设置空心孔，后经轴孔、后置导叶孔排出泵外部。

Claims (7)

1.一种气液混输提升离心油泵，其特征在于：包括外筒体(1)和泵轴(2)，所述的外筒体(1)的左侧壁设有排出端(3)，所述的外筒体(1)的右侧壁设有支撑托架(4)，所述的泵轴(2)从支撑托架(4)延伸至外筒体(1)内，所述的外筒体(1)中设有若干呈连续分布的叶轮组件(5)，最右端的叶轮组件(5)中设有偏心转子水环结构(6)，所述的叶轮组件(5)与偏心转子水环结构(6)分别与泵轴(2)套接，最左端的叶轮组件(5)与泵轴(2)呈定位连接；

所述的泵轴(2)与支撑托架(4)间设有气液分离器(7)，所述的支撑托架(4)的尾部为吸入口(8)；

所述的叶轮组件(5)包括与泵轴(2)相套接的离心叶轮(9)，所述的离心叶轮(9)外空套有空间导叶(10)，所述的离心叶轮(9)与空间导叶(10)间形成导流通道(11)；

相邻叶轮组件(5)中的导流通道(11)呈连通状分布；

所述的偏心转子水环结构(6)包括设在离心叶轮(9)中的前置配流盘(12)，所述的离心叶轮(9)的尾端中设有进气通道(13)，所述的离心叶轮(9)中设有后置配流盘(14)，所述的前置配流盘(12)与后置配流盘(14)间设有偏心叶轮(15)，所述的前置配流盘(12)、偏心叶轮(15)和后置配流盘(14)呈间隔状分布，所述的前置配流盘(12)、偏心叶轮(15)和后置配流盘(14)形成水环区腔体(16)，所述的后置配流盘(14)中设有出气通道(17)，所述的进气通道(13)与出气通道(17)相连通，所述的出气通道(17)通过排外组件与外筒体(1)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种气液混输提升离心油泵，其特征在于：所述的偏心叶轮(15)包括与泵轴(2)相套接的转子轮毂(33)，所述的转子轮毂(33)的外壁设有呈周向陈列的转子叶片(18)，所述的转子轮毂(33)一端的外壁设有加压排气区(19)，所述的转子轮毂(33)另一端的外壁设有负压吸气区(20)。

3.根据权利要求2所述的一种气液混输提升离心油泵，其特征在于：所述的转子叶片(18)呈倾斜状分布，所述的加压排气区(19)与负压吸气区(20)的横截面分别呈月牙形状，所述的加压排气区(19)与负压吸气区(20)呈相对分布。

4.根据权利要求1或2所述的一种气液混输提升离心油泵，其特征在于：所述的泵轴(2)上套有前置导叶(21)，所述的前置导叶(21)中的外端设有液体流动区(22)，所述的液体流动区(22)与导流通道(11)相连通，所述的前置导叶(21)中的内端设有气体流动区(23)，所述的气体流动区(23)与进气通道(13)相连通，所述的气液分离器(7)与前置导叶(21)间设有分离器(24)，所述的支撑托架(4)与泵轴(2)间、离心叶轮(9)与泵轴(2)间分别通过滑动轴承(25)相定位，所述的支撑托架(4)中设有机械密封(26)，最左端的叶轮组件(5)与泵轴(2)通过圆螺帽(27)进行定位。

5.根据权利要求1或2所述的一种气液混输提升离心油泵，其特征在于：所述的排外组件包括设在空间导叶(10)中的排气通道(28)，所述的排气通道(28)与出气通道(17)相连通，所述的外筒体(1)中设有与排气通道(28)相连通的外筒体排气通道(29)。

6.根据权利要求1或2所述的一种气液混输提升离心油泵，其特征在于：所述的排外组件包括设置在泵轴(2)中的泵轴排气通道(30)，所述的泵轴排气通道(30)与出气通道(17)相连通，所述的排出端(3)中设有与泵轴排气通道(30)相连通的排出端排气通道(31)。

7.根据权利要求1或2所述的一种气液混输提升离心油泵，其特征在于：所述的离心叶轮(9)呈分体式分布，所述的离心叶轮(9)与泵轴(2)通过轴套(32)定位。