[发明专利]一种多相混输泵叶轮的多工况设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体机械，特别涉及一种多相混输泵叶轮的设计方法。

背景技术

多相混输泵在油田开采中运用的最为广泛，目前,国内使用较多的是螺杆混输泵,主要是用来降低井口回压及提高产液量。但是螺杆混输泵的固相杂质的裕量一般较小,并且受泵几何尺寸的限制,其排量也较小,所以螺杆混输泵不便于大排量的油气多相输送。而叶片混输泵结构简单,排量大,可靠性较强,对固相杂质的适应性较好,可以满足大排量油气多相输送的需要。很多时候，多相混输泵要求泵工作的高效区较广，即要求泵不同的流量时都能满足相应的扬程需要，且效率较高。同时当泵在油气等多相下工作时，由于气体或者固体的存在，液相和气相或者固体间存在速度滑移，并且会使泵的扬程、流量有有一定程度的下降，随着含气量或含固量的升高，这种现象会越来越明显，进而使泵输送效率降低，影响泵的性能。为了在一定程度上解决这一问题，本发明提出了一种针对多相混输泵叶轮的多工况设计方法。

发明内容

本发明提供了一种多相混输泵叶轮的多工况设计方法。使泵既能满足在多相流工况下的多个工况的工作要求，又能使泵在多相工况下具有较高的效率。利用以下几个关系式来确定叶轮的主要几何参数，本发明通过对叶轮的几何参数进行调节，而达到性能要求曲线尽可能的与泵设计曲线相接近的目的，同时使泵在多相工况下具有较高的效率，通过控制叶轮几个重要设计参数的设计方法，来实现多相混输泵在多相时的多工况和高效率要求。

实现上述目的所采用的技术方案是:

(1)在设计核主泵叶轮时，根据泵对最优工况点的流量Q_BEP、最优效率工况点的扬程H_BEP、叶轮转速n、最优效率工况点的比转数n_sBEP、多工况点的数量为m个，i为其中任意一个工况，第i个工况点流量Q_i、第i个工况点H_i的要求扬程来设计计算叶轮的几何参数，采用速度系数法设计核主泵叶轮，并得到Q-H性能曲线的表达式及核主泵叶轮的几何参数，然后利用Q-H性能曲线的表达式可以计算各要求工况点与该性能曲线的扬程差△H_i，最后重新建立△H_i与几何参数之间的关系，得到各个工况点性能与核主泵叶轮几何参数之间的关系，将泵叶轮的几何参数与不同工况点的性能参数联系到一起，使泵的实际运行性能曲线与所要求性能曲线一致，其方法是叶轮的主要几何参数与不同工况点的性能参数满足以下关系等式：

ΔH＝max(ΔH₁，ΔH₂，…，ΔH_i，…，ΔH_m)

ΔH_i＝H_i-H_i′

式中：Q_BEP——最优效率工况点流量，立方米/秒；

H_BEP——最优效率工况点扬程，米；

n_sBEP——比转数；

D_2BEP——按速度系数法设计的最优效率工况点叶轮外径，米；

Q_i——第i工况点的流量，立方米/秒；

H_i'——传统设计法的第i工况点的扬程，米；

n——叶轮转速，转/分；

ΔH_i——第i工况点的要求扬程与传统设计扬程的差值，米；

H_i——第i工况点的要求扬程，米；

D₂——叶轮叶片外圆直径，米；

b₂——叶轮叶片出口宽度，米；

β₂——叶轮叶片出口安放角，度。

(2)提高泵的转数

提高泵的转数可以使固相和气相的介质得到压头补偿,但过高的增压又将增大泵内两相分离的可能性。因此叶轮转速n控制在1750r/min～3000r/min范围以内,同时辅以变频器实现对不同转数的需要。

(3)比转数的选择