CN108468645B - 一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，包括泵壳，泵壳的两端固定有入口泵盖和出口泵盖，出口泵盖的另一端固定连接有出口连接管，出口泵盖上同轴设置有出口轴承座，入口泵盖的另一端固定连接有入口连接管、轴承箱和电机，入口泵盖上同轴设置有入口轴承座，轴承箱内设置有轴承箱轴，轴承箱轴远离电机的一端伸入入口连接管内，泵壳内设置有泵轴，泵轴的一端伸入入口连接管内与轴承箱轴连接，泵轴的另一端位于出口轴承座内，泵轴上沿轴向依次均匀套接有若干级静止的扩压器，扩压器靠近入口泵盖的一端均配合设置有与泵轴固定套接的闭式叶轮，首级叶轮与入口轴承座之间设置有止推环，在高含气率的工况下运行效率高且易于加工和安装。

Description

一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵
技术领域
本发明属于流体机械及工程设备技术领域，具体涉及一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵。
背景技术
随着世界各国经济和工业的高速发展，对油、气等矿产资源的需求量与日俱增，而陆地矿产资源又日益减少，深海作为世界上最后一块未被开发的区域，因其矿产资源蕴藏量非常丰富而引起世界各国科学家争相研究。
深海油气采输技术研究的是如何将蕴藏在海底丰富的油、气等矿产资源采集并输送到海面，而将油、气资源从海底提升至海面的扬矿技术是深海采输技术的核心技术之一，即多相混输泵。油气等矿产资源分布在数千米的海底，开采难度大，输送技术要求高，深海采输系统作业过程中还承受海流、风浪和海水压力等海洋动力环境的作用，作业环境十分恶劣，这对深海采输技术提出了更高的要求。
多相混输泵按照工作原理分为透平式多相混输泵和容积式多相混输泵。在众多的多相混输泵中，虽然目前在生产实践中应用较多的是双螺杆式多相混输泵和螺旋轴流式多相混输泵，但是多级离心式多相混输泵以其比单级离心泵具有更高的扬程，比活塞泵、隔膜泵、螺杆泵等具有更大的流量，而且多级离心泵具有运行安全平稳、噪音低、寿命久、安装维修方便等优点，广泛应用在石油化工、电力和城市供水等多个领域。
多级离心泵由多个转轮和固定导叶扩压器组成，它是一种能大排量举升石油的无杆式抽油装置，属于井用电潜泵的一种，既有排量大，扬程高，经济效益好等优点，适用于高含水和低油气比的油田。但由于其在高含气率的工况下运行情况较差，故而在海下混输系统应用较少；并且多级泵在工作中，叶轮两侧的液体压力不同，进口一侧压力较低，在压差的作用下会产生向进口一侧的轴向推力，叶轮在此作用力下会发生位移，因此需要对叶轮进行轴向定位，比较常用的方法是轴上设置轴肩，对叶轮进行固定，此种方法对于单级泵而言比较适用，但是对于本项目的深海多级泵而言，不仅不利用安装，而且由于轴肩增大了主轴截面面积，加工时需要更多的棒料并提高了加工难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，在高含气率的工况下运行效率高且易于加工和安装。
本发明所采用的技术方案是：一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，包括圆筒形的泵壳，泵壳的两端分别固定设置有入口泵盖和出口泵盖，出口泵盖的另一端固定连接有出口连接管，出口泵盖上同轴设置有将泵壳和出口连接管连通的出口轴承座，入口泵盖的另一端依次固定连接有入口连接管、轴承箱和电机，入口泵盖上同轴设置有将泵壳和入口连接管连通的入口轴承座，轴承箱内设置有与电机输出轴同轴固定连接的轴承箱轴，轴承箱轴远离电机的一端伸入于入口连接管内，泵壳内设置有泵轴，泵轴的一端穿过入口轴承座伸入于入口连接管内且与轴承箱轴通过联轴器相连接，泵轴的另一端位于出口轴承座内，泵轴上位于入口泵盖和出口泵盖之间沿轴向依次均匀套接有若干级静止的扩压器，扩压器靠近入口泵盖的一端均配合设置有与泵轴固定套接的闭式叶轮；
叶轮的轮盘与泵轴之间均为键连接，首级叶轮与入口轴承座之间的泵轴上沿周向开设有凹槽，凹槽内配合套接有止推环，止推环由大小相同的两个半环构成，止推环包括大小与凹槽相适应的止推环本体和伸出于凹槽的止推环挡圈，止推环挡圈固定于止推环本体靠近入口轴承座的一端。
本发明的特点还在于，
若干级扩压器均卡合于泵壳内壁且与泵轴之间均滑动连接，位于两端的扩压器分别抵于入口泵盖和出口泵盖上，相邻的两个扩压器之间相互卡接。
入口轴承座与首级叶轮的轮盖之间设置有入口导流器，首级叶轮的轮盖另一端连接至首级扩压器，末级扩压器与出口轴承座之间设置有出口导流器，若干级叶轮的轮盘均与泵轴固定套接。
轴承箱轴伸出于轴承箱的位置设置有支架衬套，泵轴穿过入口轴承座的位置设置有入口轴承衬套，泵轴穿过出口轴承座的位置设置有出口轴承衬套。
入口泵盖与入口连接管之间、出口泵盖与出口连接管之间均设置有第一O型密封圈；若干级扩压器与泵壳之间均设置有第二O型密封圈。
泵轴位于出口轴承座内一端、泵轴位于入口轴承座内一端均设置有弹簧挡圈。
叶轮的轮盖上靠近与其配合的扩压器一端均设置有抗磨环。
轴承箱轴上并列套合有泵入口机械密封和甩水环，泵入口机械密封靠近入口连接管。
叶轮和扩压器均设置有25级。
本发明的有益效果是：本发明一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，采用超高压力入口后的多级多相混输泵在一定程度上改善了高含气率时离心式混输泵的性能下降的问题，提高了叶片的抗空化能力；将轴向力支撑装置与泵体分开布置的结构设计，使得多相混输泵的运行稳定性、高含气率下的水力效率等综合性能指标均得到了显著提高；通过加装止推环，不仅可以进行轴向力的传递，对泵轴进行定位，防止泵轴向介质入口侧位移，即与常规轴肩起到相同作用，而且采用两半环结构可以使得安装过程简便易行。
附图说明
图1是本发明一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵的结构示意图；
图2是本发明一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵中叶轮的结构示意图；
图3是本发明一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵中叶轮的立体图；
图4是本发明一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵中扩压器的结构示意图；
图5是本发明一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵中扩压器的立体图；
图6是本发明一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵中入口处的局部结构示意图；
图7是本发明一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵中止推环处的局部结构示意图；
图8是本发明一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵中止推环的结构示意图。
图中，1.泵壳，2.入口泵盖，3.出口泵盖，4.出口连接管，5.出口轴承座，6.入口连接管，7.轴承箱，8.电机，9.入口轴承座，10.轴承箱轴，11.泵轴，12.联轴器，13.扩压器，14.叶轮，15.入口导流器，16.出口导流器，17.支架衬套，18.入口轴承衬套，19.出口轴承衬套，20.第一O型密封圈，21.第二O型密封圈，22.弹簧挡圈，23.抗磨环，24.泵入口机械密封，25.甩水环，26.止推环本体，27.止推环挡圈。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，如图1至图8所示，包括圆筒形的泵壳1，泵壳1的两端分别固定设置有入口泵盖2和出口泵盖3，出口泵盖3的另一端固定连接有出口连接管4，出口泵盖3上同轴设置有将泵壳1和出口连接管4连通的出口轴承座5，入口泵盖2的另一端依次固定连接有入口连接管6、轴承箱7和电机8，入口泵盖2上同轴设置有将泵壳1和入口连接管6连通的入口轴承座9，轴承箱7内设置有与电机8输出轴同轴固定连接的轴承箱轴10，轴承箱轴10上并列套合有泵入口机械密封24和甩水环25，泵入口机械密封24靠近入口连接管6，轴承箱轴10远离电机8的一端伸入于入口连接管6内，泵壳1内设置有泵轴11，泵轴11的一端穿过入口轴承座9伸入于入口连接管6内且与轴承箱轴10通过联轴器12相连接，泵轴11的另一端位于出口轴承座5内，泵轴11上位于入口泵盖2和出口泵盖3之间沿轴向依次均匀套接有25级静止的扩压器13，25级扩压器13均卡合于泵壳1内壁且与泵轴11之间均滑动连接，位于两端的扩压器13分别抵于入口泵盖2和出口泵盖3上，相邻的两个扩压器13之间相互卡接，扩压器13靠近入口泵盖2的一端均配合设置有与泵轴11固定套接的闭式叶轮14，叶轮14的轮盖上靠近与其配合的扩压器13一端均设置有抗磨环23，叶轮14的轮盘与泵轴11之间均为键连接，首级叶轮14与入口轴承座9之间的泵轴11上沿周向开设有凹槽，凹槽内配合套接有止推环，止推环由大小相同的两个半环构成，止推环包括大小与凹槽相适应的止推环本体26和伸出于凹槽的止推环挡圈27，止推环挡圈27固定于止推环本体26靠近入口轴承座9的一端，入口轴承座9与首级叶轮14的轮盖之间设置有入口导流器15，首级叶轮14的轮盖另一端连接至首级扩压器13，末级扩压器13与出口轴承座5之间设置有出口导流器16，25级叶轮14的轮盘均与泵轴11固定套接。
轴承箱轴10伸出于轴承箱7的位置设置有支架衬套17，泵轴11穿过入口轴承座9的位置设置有入口轴承衬套18，泵轴11穿过出口轴承座5的位置设置有出口轴承衬套19。入口泵盖2与入口连接管6之间、出口泵盖3与出口连接管4之间均设置有第一O型密封圈20；25级扩压器13与泵壳1之间均设置有第二O型密封圈21。泵轴11位于出口轴承座5内一端、泵轴11位于入口轴承座9内一端均设置有弹簧挡圈22。
工作时，液体介质通过入口连接管6穿过入口泵盖2上的入口轴承座9进入到泵壳1内，之后流过入口导流器15进入到首级叶轮14的轮盖内，在叶轮14的轮盘旋转作用下，液体沿叶轮14的轮盖径向流入扩压器13，在扩压器13内将液体的动能转化为静压力能，依次经过25级叶轮14和扩压器13后由出口导流器16通过出口轴承座5导出到出口连接管4内。本发明的叶轮14的轮盘和扩压器13的导叶均采用圆弧叶片，使其在高含气率工况下仍能达到较高的运行效率，同时较高的入口压力也能使得气相在输送过程中得到一定的体积压缩，而不会大量聚集在流道内堵塞流道，这也使混输泵的运行效率得以提高，而目前现有技术中的多级泵要实现介质在各级之间的流向变化，一般需要两个形式的导叶，即正导叶与反导叶，才能实现流动介质从一级流入到下一级，本发明设计的导叶实现了通过一个导叶扩压器13即可实现流体在流道内的流向变化，并且保证流体进入下一级转轮时有较小的湍流流态，本发明采用25级叶轮14和扩压器13是在保证流态稳定的情况下，尽可能的达到更大的增压，因为本发明是应用于深海油气开采，目标是通过一组多级混输泵就可实现介质从开采口直接到达海平面的运输；
通过加装止推环，不仅可以进行轴向力的传递，对泵轴进行定位，通过止推环挡圈27防止泵轴向介质入口侧位移，即与常规轴肩起到相同作用，而且采用两半环结构可以使得安装过程简便易行。
入口导流器15和出口导流器16的设置使其流道流畅，无较大的空腔或凸起，减少流动损失，实现平稳倒流的作用；抗磨环23的设置使得叶轮14的轮盘工作时，由于离心力作用轮盘会向泵出口侧运动，为防止轮盘与扩压器13直接接触摩擦，以较少摩擦损耗，增加轮盘寿命；甩水环25的设置可以防止由泵入口机械密封24渗出的工作介质进入轴承箱7内，与泵入口机械密封24配合使用起到保护作用。
通过上述方式，本发明一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵在深海采油中满足超高的压力值，其各部分结构及密封按照承担30MPa压力设计和布置；采用多级设计，高扬程，高效率，满足远距离输送，能够保证30％含气率下，维持较高的效率，效率到达60％以上；每级扩压器13均安装有径向滑动轴承，保证其不发生径向偏转，且扩压器13的连接结构通过两端压紧保证其不能轴向移动，本发明改善高含气率下离心式多相混输泵效率低的问题，提高生产效率，结构设计上满足工作环境，并能稳定运行；
本发明采用两半环结构止推环使得泵轴11是一个整体，不需过多考虑加工余量，整个泵轴11一刀完成，只需在分半环处开安装凹槽，降低了加工难度与加工成本。如果采用常规的轴肩结构，不管是定位轴肩还是过渡轴肩都必然使轴的直径加大，那么在备料时，需要采用更大直径的棒料。由于此种主轴多采用MonelK500材料，价格昂贵，消耗更多棒料意味着需要付出更多的成本。本发明采用两半环结构大大节省了用料，降低了用料成本；同时轴肩由于截面尺寸发生变化，为便于安装，需要将主轴进行分段，则在主轴制作过程中需要考虑加工余量，如采用传统的轴肩结构，那么在加工时，对于小于轴肩直径的主轴部分，需要对整个长轴进行削加工。由于主轴长度超长，加工过程产生的微小错误容易导致整个零部件报废，从而增大了加工难度与加工成本；
入口连接管6中由联轴器12连接泵轴11和轴承箱轴10，轴承箱轴10的密封采用机械密封，轴向力由独立的轴承箱7承受，运行维护方便，且不影响多相泵的稳定运行。

Claims (8)

1.一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，其特征在于，包括圆筒形的泵壳(1)，泵壳(1)的两端分别固定设置有入口泵盖(2)和出口泵盖(3)，出口泵盖(3)的另一端固定连接有出口连接管(4)，出口泵盖(3)上同轴设置有将泵壳(1)和出口连接管(4)连通的出口轴承座(5)，入口泵盖(2)的另一端依次固定连接有入口连接管(6)、轴承箱(7)和电机(8)，入口泵盖(2)上同轴设置有将泵壳(1)和入口连接管(6)连通的入口轴承座(9)，轴承箱(7)内设置有与电机(8)输出轴同轴固定连接的轴承箱轴(10)，轴承箱轴(10)远离电机(8)的一端伸入于入口连接管(6)内，泵壳(1)内设置有泵轴(11)，泵轴(11)的一端穿过入口轴承座(9)伸入于入口连接管(6)内且与轴承箱轴(10)通过联轴器(12)相连接，泵轴(11)的另一端位于出口轴承座(5)内，泵轴(11)上位于入口泵盖(2)和出口泵盖(3)之间沿轴向依次均匀套接有若干级静止的扩压器(13)，扩压器(13)靠近入口泵盖(2)的一端均配合设置有与泵轴(11)固定套接的闭式叶轮(14)；
叶轮(14)的轮盘与泵轴(11)之间均为键连接，首级叶轮(14)与入口轴承座(9)之间的泵轴(11)上沿周向开设有凹槽，凹槽内配合套接有止推环，止推环由大小相同的两个半环构成，止推环包括大小与凹槽相适应的止推环本体(26)和伸出于凹槽的止推环挡圈(27)，止推环挡圈(27)固定于止推环本体(26)靠近入口轴承座(9)的一端；
所述若干级扩压器(13)均卡合于泵壳(1)内壁且与泵轴(11)之间均滑动连接，位于两端的扩压器(13)分别抵于入口泵盖(2)和出口泵盖(3)上，相邻的两个扩压器(13)之间相互卡接。
2.如权利要求1所述的一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，其特征在于，所述入口轴承座(9)与首级叶轮(14)的轮盖之间设置有入口导流器(15)，首级叶轮(14)的轮盖另一端连接至首级扩压器(13)，末级扩压器(13)与出口轴承座(5)之间设置有出口导流器(16)，若干级叶轮(14)的轮盘均与泵轴(11)固定套接。
3.如权利要求1所述的一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，其特征在于，所述轴承箱轴(10)伸出于轴承箱(7)的位置设置有支架衬套(17)，泵轴(11)穿过入口轴承座(9)的位置设置有入口轴承衬套(18)，泵轴(11)穿过出口轴承座(5)的位置设置有出口轴承衬套(19)。
4.如权利要求1所述的一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，其特征在于，所述入口泵盖(2)与入口连接管(6)之间、出口泵盖(3)与出口连接管(4)之间均设置有第一O型密封圈(20)；若干级扩压器(13)与泵壳(1)之间均设置有第二O型密封圈(21)。
5.如权利要求1所述的一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，其特征在于，所述泵轴(11)位于出口轴承座(5)内一端、泵轴(11)位于入口轴承座(9)内一端均设置有弹簧挡圈(22)。
6.如权利要求1所述的一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，其特征在于，所述叶轮(14)的轮盖上靠近与其配合的扩压器(13)一端均设置有抗磨环(23)。
7.如权利要求1所述的一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，其特征在于，所述轴承箱轴(10)上并列套合有泵入口机械密封(24)和甩水环(25)，泵入口机械密封(24)靠近入口连接管(6)。
8.如权利要求1所述的一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，其特征在于，所述叶轮(14)和扩压器(13)均设置有25级。
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