CN206280298U - 一种用于海洋石油生产的离心泵叶轮及离心泵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及离心泵领域，公开了一种用于海洋石油生产的离心泵叶轮及离心泵，所述用于海洋石油生产的离心泵叶轮包括：叶轮主体、叶片，所述叶片均匀布置在叶轮主体上，叶片进口角为26‑27°，叶片出口角为22‑23°，叶片包角为155‑165°；所述离心泵，使用权利要求如上所述的用于海洋石油生产的离心泵叶轮。本实用新型基于三元流水泵优化设计理论，结合海洋石油生产离心泵运行工况和环境特点，对叶片进口角、叶片出口角及叶片包角进行改进，并采用海军铜作为叶轮的材质，有效改善了海水对叶片进口的汽蚀现象和腐蚀程度，工作效率高、使用寿命长，可节约能源5‑20％，适用于工况更复杂、要求更高、介质腐蚀性更强的海洋石油生产，具有一定的实用价值和市场前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及离心泵领域，特别涉及一种用于海洋石油生产的离心泵叶轮及离心泵，可广泛用于海上设施(如FPSO、平台)中。
背景技术
海洋石油111FPSO泵类设备较多，是海上设施中主要耗能设备之一，其主要由泵舱泵、机舱泵和上部模块泵组成，能耗占比高，同时叶轮普遍存在腐蚀状况，使用寿命约1年。因此，泵类设备的优化设计对于降低FPSO能耗，减少日常维护保养成本至关重要。
目前，泵生产厂商的很多产品还停留在一元流或二元流动设计的理论基础上，海上设施使用的离心式水泵叶轮也多为一元流、二元流叶轮，随着三元流叶轮的研发和使用，二元流技术已相对落后。现有海上泵类设施还存在以下问题：
1、泵机大马拉小车，系统工作效率低。
2、选型不当或工艺条件变化，泵工作在低效区。
3、即使泵在铭牌参数下工作，因设计或制造问题，流量或效率根本达不到样本指标。
4、因海水腐蚀性强，导致介质为海水的离心泵叶轮容易受到腐蚀，叶轮使用寿命短，更换成本高。
因此，亟需一种用于海洋石油生产的离心泵叶轮及离心泵。
实用新型内容
实用新型的目的：为了解决现有泵类设施工作效率低、抗气蚀性弱且寿命较短的技术问题，提供一种用于海洋石油生产的离心泵叶轮及离心泵，通过优化叶轮结构提高离心泵工作效率，通过改变叶轮的材质可输送不同的介质，抗气蚀性显著提高，同时具有高效节能、性能范围广、运行安全平稳、寿命长等优点。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供了一种用于海洋石油生产的离心泵叶轮，包括：叶轮主体、叶片，所述叶片均匀布置在叶轮主体上，叶片进口角1为26-27°，叶片出口角2为22-23°，叶片包角3为155-165°。
进一步地，所述叶片进口角1为26.5°。
进一步地，所述叶片出口角2为22.62°。
进一步地，所述叶片包角3为161°。
进一步地，所述叶片的数量为6片。
进一步地，所述用于海洋石油生产的离心泵叶轮的材质采用海军铜。
一种离心泵，使用上述所述的用于海洋石油生产的离心泵叶轮。
本实用新型的有益效果是：本实用新型基于三元流水泵优化设计理论，结合海洋石油生产离心泵运行工况和环境特点，对叶片进口角、叶片出口角及叶片包角进行改进，并采用海军铜作为叶轮的材质，有效改善海水对叶片进口的汽蚀现象和腐蚀程度，工作效率高、使用寿命长，且可节约能源5-20％，适用于工况更复杂、要求更高、介质腐蚀性更强的海洋石油生产，具有一定的实用价值和市场前景。
附图说明
图1是现有海水泵叶轮的结构图。
图2是图1的叶片在Z轴上的投影图。
图3是本实用新型用于海洋石油生产的离心泵叶轮的结构图。
图4是图3的叶片进口角和叶片出口角的局部放大图。
图5是图3的叶片在Z轴上的投影图。
附图标识：1-叶片进口角，2-叶片出口角，3-叶片包角。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。
本实用新型公开了一种用于海洋石油生产的离心泵叶轮，包括：叶轮主体、叶片，所述叶片均匀布置在叶轮主体上，叶片进口角1为26-27°，叶片出口角2为22-23°，叶片包角3为155-165°。
优选的，所述叶片进口角1为26.5°。
优选的，所述叶片出口角2为22.62°。
优选的，所述叶片包角3为161°。
优选的，所述叶片的数量为6片。
优选的，所述用于海洋石油生产的离心泵叶轮的材质采用海军铜。
本实用新型还公开了一种离心泵，使用上述所述的用于海洋石油生产的离心泵叶轮。实施例1
本实施例一种用于海洋石油生产的离心泵叶轮，包括：叶轮主体、叶片，所述叶片均匀布置在叶轮主体上，叶片进口角1为26.5°，叶片出口角2为22.62°，叶片包角3为161°；所述离心泵叶轮的材质采用海军铜。
本实施例一种离心泵，使用上述用于海洋石油生产的离心泵叶轮，所述离心泵为海水泵。与现有海水泵相比，本实施例的海水泵在抗腐蚀性和抗汽蚀性方面效果明显，且使用寿命长，节能效果显著，具体见下表：
本实用新型离心泵叶轮设计过程如下：
1)离心泵运行工况数据采集
由于海洋石油生产和海上设施地理位置的特殊性，决定了海上设施在生产时，要求各个生产设备和辅助生产系统运行需要具备高效性。为保证重新优化设计的叶轮能在满足生产工况要求，实现设备能效的提升，需要对现有运行工况和运行环境进行详细考察和数据采集，保证叶轮优化设计原始数据的准确性和匹配性，从而提高改造后离心泵运行效率，达到节能的目的。
2)离心泵叶轮现场测绘
现有海上设施上的离心泵均为进口产品，各项核心设计参数和技术资料掌握在国外厂商手中，因此，若想对离心泵叶轮实现国产优化设计，需对原有叶轮进行现场测绘，以取得叶轮实际安装尺寸和公差配合数据。该部分数据是叶轮优化设计最重要的基础数据，只有数据达到精确，才能完成新叶轮在原泵体内的安装和密封。
3)叶轮优化设计
根据现场采集的工况数据和现场测绘的叶轮尺寸、公差配合，基于三元流设计理论，结合海洋石油生产中的海上设施离心泵运行特点，进行叶轮优化设计，得到新叶轮图纸。下面结合图例，具体说明针对海水泵叶轮的优化设计内容。
如图1和图3所示，本实用新型的主要改进有以下几点：
(1)现有海水泵叶轮结构中，叶片进口角1为33°，进口角度较大，结合海水成分特点，CFD计算分析流场阻力较大，汽蚀现象严重。而本实用新型的叶片进口角1改为26-27°，经CFD流场分析可见，叶轮进口边角度安放合理，在设计工况下，叶轮入口基本无冲击进口。
(2)现有海水泵叶轮结构中，叶片出口角2为28.5°，出口角度也较大，经CFD计算分析流场阻力较大，汽蚀现象严重。而本实用新型的叶片进口角2改为22-23°，降低出口安放角，有效改善海水对叶片出口处的汽蚀和腐蚀程度。图4为本实用新型的叶片进口角和叶片出口角的局部放大图，现有海水泵叶轮的叶片进口角和叶片出口角亦可参照图4。
(3)现有海水泵叶轮结构中，叶片包角3为135.3°，叶片过流面积小，流场阻力大，本实用新型将叶片包角3增大为155-165°，使叶片过流面积显著增大，大大降低介质在流道内阻力损失，汽蚀性和腐蚀性也将得到明显改善。
通过以上三点改进，使得本实用新型叶片过流面积显著增大(如图2和图5中叶片在Z轴上的投影所示)，过流面积的增大明显改善了水泵的流通能力，减轻海水在流道内的汽蚀现象和腐蚀现象，提高离心泵运行效率，达到节能的目的。
4)特殊材料的使用
现有海上设施所使用的离心泵为进口水泵，叶轮材质为铜镍(牌号：ZCuA19Fe4Ni4Mn2)，该材质本身具备很好的抗海水腐蚀性，但根据目前海上设施离心泵使用情况而言，叶轮寿命普遍在一年左右。本实用新型基于三元流水泵优化设计理论，结合海洋石油生产离心泵运行工况和环境特点，重点对各种常用叶轮材质，分别从强度、耐腐蚀、耐磨粒磨损、铸造和机械加工性能、焊接修补性能以及成本方面进行了研究。根据新叶轮图纸和离心泵介质，综合考虑采用海军铜(牌号为：ZCuZn16Si4)作为生产主海水泵和电动消防泵叶轮铸造材质，采用青铜作为货油泵、原油增压泵、专用压载泵和压载总用泵叶轮铸造材质，重新优化设计离心泵叶轮换装于原泵内。
5)叶轮性能检测
对改造前后的离心泵运行数据进行对比，得出实际的节能改造效果，并进行长期的运行监测，以判断其叶轮使用寿命的提高程度。实验证明，与传统的海上离心泵产品相比，本实用新型不仅使介质为海水的离心泵抗腐蚀性和抗汽蚀性增强，也使得介质为原油的货油泵、原油增压泵、专用压载泵等离心泵抗汽蚀性能也显著加强，减少了叶轮更换的频率，降低生产成本。
本实用新型主要针对海洋石油生产离心泵使用特点和现场环境的特殊性，在传统的三元流叶轮理论基础上，对离心泵叶轮进行进一步优化设计，使介质在流场的摩擦阻力损失大大降低，减小介质对叶轮的腐蚀、汽蚀程度以及磨损程度，同时配合现场实际运行工况数据和叶轮测绘安装尺寸、公差数据，采用耐海水腐蚀性能更为优异的海军铜材质，最终使得经过优化设计后的叶轮使用寿命大大提高，同时达到一定的节能效果，可广泛应用于海洋石油生产的FPSO、平台等海上设施离心泵上。若该项技术能很好的应用于海洋石油设施，将为海洋石油节约大量能源。
注意，上述内容仅为本实用新型的较佳实施例。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (7)
1.一种用于海洋石油生产的离心泵叶轮，其特征在于，包括：叶轮主体、叶片，所述叶片均匀布置在叶轮主体上，叶片进口角(1)为26-27°，叶片出口角(2)为22-23°，叶片包角(3)为155-165°。
2.根据权利要求1所述的用于海洋石油生产的离心泵叶轮，其特征在于，所述叶片进口角(1)为26.5°。
3.根据权利要求1所述的用于海洋石油生产的离心泵叶轮，其特征在于，所述叶片出口角(2)为22.62°。
4.根据权利要求1所述的用于海洋石油生产的离心泵叶轮，其特征在于，所述叶片包角(3)为161°。
5.根据权利要求1所述的用于海洋石油生产的离心泵叶轮，其特征在于，所述叶片的数量为6片。
6.根据权利要求1所述的用于海洋石油生产的离心泵叶轮，其特征在于，所述用于海洋石油生产的离心泵叶轮的材质采用海军铜。
7.一种离心泵，使用权利要求1-6任意一项所述的用于海洋石油生产的离心泵叶轮。
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|---|---|---|---|---|
| CN107670868A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-02-09 | 青岛阿尔普高新技术有限公司 | 一种盐湖专用雾化装置 |
| WO2019205771A1 (zh) * | 2018-04-24 | 2019-10-31 | 宁波洛卡特汽车零部件有限公司 | 一种用于电动燃油泵的叶轮 |
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