CN113513479A - 一种气液分离的多级泵装置及使用方法 - Google Patents

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张金凤
祝路峰
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Abstract

本发明公开了一种气液分离的多级泵装置及使用方法，涉及流体机械领域，包括离心式叶轮和侧流道泵叶轮；所述离心式叶轮设置在侧流道泵叶轮的前端，离心式叶轮后盖板上和导叶上均开设有通气孔；离心式叶轮有数个从而形成多级泵装置。本发明中的多级泵离心叶片可以起到提升液相扬程的作用，而气相由于密度较小受离心力作用，集中在叶片中心部位，气相通过离心叶轮和导叶上通气孔流出，并在最后通过侧流道泵叶片。该装置可实现气相与液相分离运输，很大程度上能增强了多级泵的气液运输能力。

Description

一种气液分离的多级泵装置及使用方法
技术领域
本发明涉及气液混输领域，尤其涉及到一种气液分离多级泵装置及工作方法。
背景技术
在工程实际应用中常常会碰到气液两相流问题，如石油开采运输，化工原料输送，废水处理等，气相会导致泵性能发生陡降，影响泵的稳定运行，甚至减短泵的使用寿命，因此对在高含气率下稳定运行的多级气液混输泵产品需求极大。目前相关行业所用的气液混输泵大多为螺杆式或旋流式，不但造价高且输送气体含量低，常规多级气液混输离心泵过流部件通常由多级离心叶轮和导叶等构成。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种气液分离的多级泵装置，可减少多级气液混输泵在高含气率运行工况下由于气泡堵塞流道导致的性能恶化和不稳定流动，避免了不必要的能量损失，且减少了运行中的震动现象，同时提高了多级气液混输泵的气液混输能力。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种可气液分离运输的多级泵，包括离心式叶轮和侧流道泵叶轮；所述离心式叶轮设置在侧流道泵叶轮的前端，离心式叶轮后盖板上和导叶上均开设有通气孔；离心式叶轮有数个从而形成多级泵装置。
进一步的，所述通气孔的数量与离心式叶轮叶片的数量相同。
进一步的，后盖板上设置的所述通气孔位置在离心式叶轮直径D的0.1～0.3处。
进一步的，所述通气孔直径为5～10mm。
进一步的，导叶上设置的所述通气孔位置在离心式叶轮直径D的0.1～0.3处。
进一步的，所述通气孔直径为5～10mm。
进一步的，所述侧流道泵叶轮上开设有弧形流道。
进一步的，所述离心式叶轮有三个从而形成三级泵装置。
可气液分离运输的多级泵的工作方法，包括如下步骤：
气液混合输送时，流体流入离心式叶轮，离心式叶轮的叶片对液体产生离心力，气泡所受的离心力较小，因此会集中在离心叶轮内径处并在多级泵运行过程中通过后盖板处开设的通气孔向下一级叶轮运动，同时，在导叶处也开设有通气孔通气，使气泡能够到达下一级离心式叶轮，并且大量液体可以通过最后一级离心式叶轮从多级泵出口的流道流出。
进一步的，多级泵出口的流道为侧流道泵叶轮上开设的弧形流道，流体在弧形流道中进行往复螺旋交换运动，最终使流体在侧流道出口流出，流体每经过一次叶轮，扬程被增加一次，一直到泵出口处流出，整个运动轨迹呈螺旋形。
有益效果：
1.通过在离心式叶轮内部开孔(类似于平衡孔)这一设计，由于在气液混输过程中，气泡密度小，受到离心力较小，会集中于叶轮内径处，从而使气泡能够集中在离心式叶轮内径开孔处通过。使气泡不会堵塞流道稳定流动，避免性能恶化，且降低运行时的振动。
2.通过在导叶内径处开孔，可以使离心式叶轮运行时集中于内径处的气泡直接通过达到下一级。该多级泵装置在离心叶片及导叶上开通气孔且在最后一级使用侧流道泵叶片，该多级泵能在多级泵气液混输过程中将气液分离，以提升多级泵气液混输能力。
3.由于最后一级集中了前几级所运输的气泡，在最后一级采用侧流道泵开式叶轮，单级即满足最后一级所需的小流量高扬程且在高含气率运行的条件，从而使气泡到达出口流道，进一步提高多级泵气液混输的能力。
附图说明
图1为本发明实施例涉及到的多级泵结构示意图；
图2为离心式叶轮后盖板开孔的示意图；
图3为最后一级侧流道泵叶片示意图；
附图标记如下：
1-离心式叶轮；2-导叶；3-侧流道泵叶轮；4-通气孔；5-弧形流道。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
一种可气液分离运输的多级泵，包括离心式叶轮1和侧流道泵叶轮3；所述离心式叶轮1 设置在侧流道泵叶轮3的前端，离心式叶轮1后盖板上和导叶2上均开设有通气孔4；离心式叶轮1有三个从而形成三级叶轮设置；
其中，所述通气孔4的数量与离心式叶轮1叶片的数量相同；后盖板上设置的所述通气孔4位置在离心式叶轮1直径D的0.1～0.3处；所述通气孔4直径为5～10mm。
导叶2上设置的所述通气孔4位置在离心式叶轮1直径D的0.1～0.3处；所述通气孔4 直径为5～10mm。
所述侧流道泵叶轮3上开设有弧形流道5。
可气液分离运输的多级泵的工作方法，包括如下步骤：
气液混合输送时，流体流入离心式叶轮1，离心式叶轮1的叶片对液体产生离心力，气泡所受的离心力较小，因此会集中在离心叶轮内径处并在多级泵运行过程中通过后盖板处开设的通气孔4向下一级叶轮运动，同时，在导叶2处也开设有通气孔4通气，使气泡能够到达下一级离心式叶轮1，并且大量液体可以通过最后一级离心式叶轮1从多级泵出口的流道流出；其中，多级泵出口的流道为侧流道泵叶轮3上开设的弧形流道5，流体在弧形流道5中进行往复螺旋交换运动，最终使流体在侧流道出口流出，流体每经过一次叶轮，扬程被增加一次，一直到泵出口处流出，整个运动轨迹呈螺旋形。
结合附图1所示为可气液分离运输的多级泵结构示意图，多级气液分离泵主要部件为离心式叶轮1、导叶2、侧流道泵叶轮3；流体由离心式叶轮1进入，通气孔4在离心式叶轮1 上的布置结合示意图2所示，当流体流入离心式叶轮1，因为离心式叶轮1内径处设置有通气孔4，由于气液混输时，气相密度比液相低，在泵运行过程中，叶片会对液体产生离心力，而气泡所受的离心力较小，故气泡会集中在离心式叶轮1内径处并在多级泵运行过程中通过离心叶轮后盖板通气孔4处向下一级叶轮运动。并且在导叶2处的通气孔4也通气，使气泡能够到达下一级离心式叶轮1，并且大量液体可以通过最后一级离心式叶轮1与多级泵出口的流道流出。由于采用了该设计，可以使出现在叶片的气泡大量减少，进一步提高多级气液混输泵的气液混输能力以及减少泵运行时的振动问题。
除最后一级侧流道泵叶轮3外，其余各级叶轮均为离心式叶轮，其设计理论比较成熟。
该气液混输装置最后一级选择为侧流道泵开式叶轮3，侧流道泵属于旋涡泵的一种，具有小流量、高扬程、可自吸的特性，满足最后一级所需要的在高含气体条件下运行的要求。
最后一级叶轮为侧流道泵开式叶轮，其右侧配置弧形流道5，使流体能在叶轮流道即侧流道中进行往复螺旋交换运动，最终使流体在侧流道出口流出，流体每经过一次叶轮，扬程被增加一次，一直到泵出口处流出，整个运动轨迹呈螺旋形，由于流体每经过一次叶轮就获得一次能量，而侧流道泵叶片数很多，因此侧流道泵的扬程远高于普通叶片式泵。侧流道泵叶片满足小流量高扬程的特性，在最后一级叶轮处，流体中大量液体已通过上一级离心叶轮右侧与多级泵出口相连的流道流出，剩余小流量液体与集中于内径处的气体均可以通过侧流道泵叶轮流出。开式叶轮相对于闭式叶轮来说，故侧流道泵开式叶轮具有可以在高含气条件下运行的要求。
对于气泡，侧流道泵叶轮可以实现自吸，其排气过程为：当叶轮转动时，留在叶轮叶片间的液体在离心力的作用下，集中到流道中，被吸入口吸入，填充空出之处。叶轮继续转动，液体以及气体的压力逐渐升高，气体受到压缩，容积减小；与此同时，液体的容积增大，在流道内液体平均速度减小，纵向旋涡的强度增强，气体继续受到压缩，至流道出口，气体被排出，液体由流道回到叶片间。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种可气液分离运输的多级泵，其特征在于，包括离心式叶轮(1)和侧流道泵叶轮(3)；所述离心式叶轮(1)设置在侧流道泵叶轮(3)的前端，离心式叶轮(1)后盖板上和导叶(2)上均开设有通气孔(4)；离心式叶轮(1)有数个从而形成多级泵装置。
2.根据权利要求1所述的可气液分离运输的多级泵，其特征在于，所述通气孔(4)的数量与离心式叶轮(1)叶片的数量相同。
3.根据权利要求1所述的可气液分离运输的多级泵，其特征在于，后盖板上设置的所述通气孔(4)位置在离心式叶轮(1)直径D的0.1～0.3处。
4.根据权利要求3所述的可气液分离运输的多级泵，其特征在于，所述通气孔(4)直径为5～10mm。
5.根据权利要求1所述的可气液分离运输的多级泵，其特征在于，导叶(2)上设置的所述通气孔(4)位置在离心式叶轮(1)直径D的0.1～0.3处。
6.根据权利要求5所述的可气液分离运输的多级泵，其特征在于，所述通气孔(4)直径为5～10mm。
7.根据权利要求1所述的可气液分离运输的多级泵，其特征在于，所述侧流道泵叶轮(3)上开设有弧形流道(5)。
8.根据权利要求1所述的可气液分离运输的多级泵，其特征在于，所述离心式叶轮(1)有三个从而形成三级泵装置。
9.根据权利要求1至8任一项所述的可气液分离运输的多级泵的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
气液混合输送时，流体流入离心式叶轮(1)，离心式叶轮(1)的叶片对液体产生离心力，气泡所受的离心力较小，因此会集中在离心叶轮内径处并在多级泵运行过程中通过后盖板处开设的通气孔(4)向下一级叶轮运动，同时，在导叶(2)处也开设有通气孔(4)通气，使气泡能够到达下一级离心式叶轮(1)，并且大量液体可以通过最后一级离心式叶轮(1)从多级泵出口的流道流出。
10.根据权利要求9所述的可气液分离运输的多级泵的工作方法，其特征在于，多级泵出口的流道为侧流道泵叶轮(3)上开设的弧形流道(5)，流体在弧形流道(5)中进行往复螺旋交换运动，最终使流体在侧流道出口流出，流体每经过一次叶轮，扬程被增加一次，一直到泵出口处流出，整个运动轨迹呈螺旋形。
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