CN109253115B - 一种适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵 - Google Patents

Abstract

一种适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵，四级叶片前两级的首级叶轮（2）和次级叶轮（4）和后两级三级叶轮（7）和四级叶轮（9）采用背靠背形式；所述吸入室采用半螺旋形吸入室（1），与所述首级叶轮（2）相连；所述首级叶轮（2）和次级叶轮（4）为分级式螺旋轴流式叶片，其中所述分级式螺旋轴流式叶片进口端开平衡孔（11）；所述三级叶轮（7）和四级叶轮（9）采用混流式叶片，所述混流式叶片添加辅翼（13）；所述前两级与所述后两级叶轮采用过渡流道（5）连接；所述蜗壳（10）位于所述第四级叶轮（9）后端，蜗壳（10）在所述泵的前两级首级叶轮（2）和次级叶轮（4）和三级叶轮（7）和四级叶轮（9）的中间。

Description

一种适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，具体涉及适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵。

背景技术

油田开发过程中，需要对从油井直接采出的含有油、气、水及各种杂质的多相混合物进行集输。这种混合物的气液比已经超过了普通的泵的工作范围，因而在集输时泵和压缩机的效率大幅降低。采用油气多相混输技术就可以解决这个难题。而油气混输泵是油气混输技术的核心。螺旋轴流式油气混输泵属于叶片泵的一种，通过叶轮的旋转使输送的多相介质获得能量。它由若干级压缩单元组成,每个压缩单元包括一个叶轮和一个整流导叶,当输送介质进入叶轮后, 由于叶轮的旋转, 介质被加速获得动能, 而当加速的介质通过整流器时, 速度减小, 动能被转化为压能,介质每通过一个单元级, 便增加一部分能量。与容积式泵的根本区别在于其压力的增加不是由单元级体积的变化所引起, 而是由能量的传递和转化实现的。

在螺旋轴流式油气混输泵的工作过程中，利用封闭流体原理，具有冷却、润滑和过压保护功能；油润滑轴承；结构新颖、简单（只有一根转轴），适于深水推广使用，易于井下安装；相同参数下，泵的体积和重量较双螺杆泵小；采用了螺旋形叶片，具有很长的方形通道、较大的流道曲率半径，其中螺旋形的叶轮强迫泵输介质沿轴向运动，有效地减缓了多相介质在流道内气液两相间相态分离的发生；可采用电机或水力透平驱动方式。螺旋轴流式油气混输泵结合轴流泵和轴流压缩机优势,充分考虑高含气率下气相的可压缩性，但同时存在主要且难以回避的问题即混输泵内部流动复杂易产生气液分离,气相能量携带能力差,效率低,稳定性差,设计难度大等问题,尤其是在随着进口体积含气率的增加，油气混输泵的性能逐渐恶化。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵。

本发明是一种适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵，包括吸入室1、首级叶轮2、前整流导叶3、次级叶轮4、三级叶轮7、后整流导叶8、四级叶轮9、过渡流道5、蜗壳10，所述四级叶片前两级的首级叶轮2和次级叶轮4和后两级三级叶轮7和四级叶轮9采用背靠背形式；所述吸入室采用半螺旋形吸入室1，与所述首级叶轮2相连；所述首级叶轮2和次级叶轮4为分级式螺旋轴流式叶片，其中所述分级式螺旋轴流式叶片进口端开平衡孔11；所述三级叶轮7和四级叶轮9采用混流式叶片，所述混流式叶片添加辅翼13；所述前两级与所述后两级叶轮采用过渡流道5连接；所述蜗壳位于所述第四级叶轮9后端，蜗壳在所述泵的前两级首级叶轮2和次级叶轮4和三级叶轮7和四级叶轮9的中间。

本发明的螺旋轴流式油气混输泵与常规油气混输泵相比较，具有以下有益效果：

1、本发明所述螺旋轴流式油气混输泵为多级泵，级数为4，即四个叶轮，四个叶轮前两级和后两级采用背靠背形式，蜗壳处于前两级和后两级叶轮之间，这样首先解决轴向力平衡问题，结构上更合理，同时，后两级叶轮流道中压力增大，可以有效的抑制气液分离现象，又能提高螺旋轴流式油气混输泵输送性能。

2、本发明前两级叶片采用分级式螺旋轴流式叶片，并在叶片进口开平衡孔，在采用背靠背叶片基础上，是该泵中又一平衡轴向力的方法，同时，螺旋轴流式油气混输泵无法解决的问题就是液体中含气输送能力差的问题，在泵的进口容易产生气液分离现象，不利于油气输送，采用分级式叶片，适合输送不同含气率的流体，解决了石油输送中油伴气现象。

3、本发明后两级采用混流式叶片，随着前两级叶轮的做功，流体所受压力增大，能有效的抑制气液分离现象，这样，油气属于类似均匀混合流体，不用担心由于气液分离而导致效率下降，采用混流式叶片，可以提高该泵的扬程，同时，在叶片上添加辅翼，大大改善螺旋轴流式尤其混输泵输送油气混输能力。

附图说明

图1为本发明螺旋轴流式油气混输泵的流道示意图，图2为本发明螺旋轴流式油气混输泵的结构示意图，图3为前两级螺旋轴流式分级式叶轮型式正视图，图4为前两级螺旋轴流式分级式叶轮型式侧视图，图5为后两级混流式叶轮及辅翼T型叶片结构示意图，图6为螺旋轴流式油气混输泵工作原理示意图。

具体实施方式

为了解决在油田开发过程中，油气混输泵输送油气混输性能差等现象和气液两相分离导致效率低的问题，本发明借鉴输送纯液体的泵和纯气体的压缩机基础上，考虑泵前几级气液分离现象明显，提出了一种新型适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵。如图1~图6所示，本发明是一种适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵，包括吸入室1、首级叶轮2、前整流导叶3、次级叶轮4、三级叶轮7、后整流导叶8、四级叶轮9、过渡流道5、蜗壳10，所述四级叶片前两级的首级叶轮2和次级叶轮4和后两级三级叶轮7和四级叶轮9采用背靠背形式；所述吸入室采用半螺旋形吸入室1，与所述首级叶轮2相连；所述首级叶轮2和次级叶轮4为分级式螺旋轴流式叶片，其中所述分级式螺旋轴流式叶片进口端开平衡孔11；所述三级叶轮7和四级叶轮9采用混流式叶片，所述混流式叶片添加辅翼13；所述前两级与所述后两级叶轮采用过渡流道5连接；所述蜗壳10位于所述第四级叶轮9后端，蜗壳10在所述泵的前两级首级叶轮2和次级叶轮4和三级叶轮7和四级叶轮9的中间。

如图1、图5、图6所示，四个叶轮，即首级叶轮2、前整流导叶3、次级叶轮4、三级叶轮7、后整流导叶8、四级叶轮9和蜗壳10采用卧式，叶轮间采用背靠背形式，叶轮与叶轮之间采用前整流导叶3和后整流导叶8，蜗壳位于次级叶轮4和三级叶轮7的中间。

如图1、图2所示，首级叶轮2和次级叶轮4采用分级式螺旋轴流式叶片，并在每个叶片进口处开有平衡孔11。

如图1、图4所示，后两级三级叶轮7和四级叶轮9采用混流式叶片，叶片进口处设有辅翼T型叶片13。

如图1所示，首级叶轮2和次级叶轮4和后两级三级叶轮7和四级叶轮9之间采用过渡流道5连接。

如图1、图5所示，首级分级式叶轮2、前整流导叶3、次级分级式叶轮4与次级吸入室6、第三级混流式叶轮7、后整流导叶8、末级混流式叶轮9连接在轴17上。

如图1所示，其特征在于，所述的首级叶轮2和次级叶轮4采用螺旋轴流式分级叶片，叶片进口开平衡孔11，叶片数为4，分级叶片为三列。

如图1、图5所示，所述蜗壳10与最后一级连接，能起到导流和能量回收作用。

下面结合附图对本发明中的技术方案进行详细介绍。

结合图1所示，本发明的螺旋轴流式油气混输泵，包括吸入室1、首级分级式叶轮2、前整流导叶3、次级分级式叶轮4、过渡流道5、次级吸入室6、第三级混流式叶轮7、后整流导叶8 、末级混流式叶轮9、压出室10。其中，首级分级式叶轮2、前整流导叶3、次级分级式叶轮4与次级吸入室6、第三级混流式叶轮7、后整流导叶8、末级混流式叶轮9连接在轴17上。

首级分级式叶轮2和次级分级式叶轮4分别为三级式叶轮，包括一级分级式叶片14、二级分级式叶片15、三级分级式叶片16，解决了在泵的进口容易产生气液分离现象，适合输送不同含气率的流体，解决了石油输送中油伴气现象。

此外，第三级混流式叶轮7和末级混流式叶轮9进口处设有辅翼T型叶片13，可以有效改变油气输送特性。

首级分级式叶轮2、次级分级式叶轮4与第三级混流式叶轮7、末级混流式叶轮9采用背靠背形式布置，压出室10处于次级分级式叶轮4和第三级混流式叶轮7之间，这样首先解决轴向力平衡问题，结构上更合理。

结合图2所示，首级分级式叶轮2和次级分级式叶轮4设有平衡孔11。在首级分级式叶轮2和次级分级式叶轮4的每个叶片进口处开有平衡孔11，在平衡轴向力同时，可以有效的提高螺旋轴流式油气混输泵气液输送的能力。

结合图3和图4所示，首级分级式叶轮2和次级分级式叶轮4分别为三级式叶轮，包括一级分级式叶片14、二级分级式叶片15、三级分级式叶片16，主要抑制气液分离现象。

结合图5，在本发明中，第三级混流式叶轮7和末级混流式叶轮9进口处设有辅翼T型叶片13，可以用来改变经过首级分级式叶轮2和次级分级式叶轮4后高压流体，提高螺旋轴流式油气混输泵的扬程和效率。

结合图2和图6所示，本发明螺旋轴流式油气混输泵的工作原理为：当电机带动轴17旋转时，气液两相流比如油气流体进入吸入室1，在吸入室1形成低压，使得流体进入首级分级式叶轮2，伴随着首级分级式叶轮2对流体做功，流体依次经过前整流导叶3、次级分级式叶轮4、过渡流道5，然后到达次级吸入室6，完成螺旋轴流段对流体第一阶段做功，通过次级吸入室6，流体依次进入第三级混流式叶轮7、后整流导叶8、末级混流式叶轮9，最后流体通过压出室10，最终实现对介质的输送。

Claims (6)

1.一种适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵，包括吸入室（1）、首级叶轮（2）、前整流导叶（3）、次级叶轮（4）、第三级叶轮（7）、后整流导叶（8）、第四级叶轮（9）、过渡流道（5）、蜗壳（10），其特征在于四级叶轮前两级的首级叶轮（2）和次级叶轮（4）和后两级第三级叶轮（7）和第四级叶轮（9）采用背靠背形式；吸入室采用半螺旋形吸入室（1），与首级叶轮（2）相连；首级叶轮（2）和次级叶轮（4）为分级式螺旋轴流式叶片，其中分级式螺旋轴流式叶片进口端开平衡孔（11）；第三级叶轮（7）和第四级叶轮（9）采用混流式叶片，混流式叶片添加辅翼（13）；前两级与后两级叶轮采用过渡流道（5）连接；蜗壳（10）位于第四级叶轮（9）后端，蜗壳（10）在泵的次级叶轮（4）和第三级叶轮（7）中间。

2.根据权利要求1所述的适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵，其特征在于首级叶轮（2）、前整流导叶（3）、次级叶轮（4）、第三级叶轮（7）、后整流导叶（8）、第四级叶轮（9）和蜗壳（10）采用卧式，叶轮间采用背靠背形式，叶轮与叶轮之间采用前整流导叶（3）和后整流导叶（8），蜗壳（10）位于次级叶轮（4）和第三级叶轮（7）的中间。

3.根据权利要求2所述的适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵，其特征在于，后两级第三级叶轮（7）和第四级叶轮（9）采用混流式叶片，叶片进口处设有辅翼T型叶片（13）。

4.根据权利要求1~3中任意一项所述的适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵，其特征在于首级分级式叶轮（2）、前整流导叶（3）、次级分级式叶轮（4）与次级吸入室（6）、第三级叶轮（7）、后整流导叶（8）、第四级叶轮（9）连接在轴（17）上。

5.根据权利要求1所述的适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵，其特征在于，所述的首级叶轮（2）和次级叶轮（4）采用螺旋轴流式分级叶片，叶片进口开平衡孔（11），叶片数为4。

6.根据权利要求1所述的适合输送高含气率的螺旋轴流式油气混输泵，其特征在于，所述蜗壳（10）与最后的第四级叶轮（9）连接，能起到导流和能量回收作用。