【摘要】：軸流式油氣混輸泵因其在油田開采中可減少管線分輸設(shè)備、節(jié)約成本而被作為油氣混輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。本研究以提升混輸泵水力性能和穩(wěn)定性為目標(biāo),采用理論設(shè)計與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對YQH-100型軸流式油氣混輸泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計,主要內(nèi)容如下有兩點:一、探討整流器進口安放角對混輸泵水力性能的影響;二、在最優(yōu)整流器進口安放角的基礎(chǔ)上對現(xiàn)有油氣混輸泵進行流道上的改進,提出流道漸縮型油氣混輸泵并進行了優(yōu)化研究。具體如下:1.針對原混輸泵壓縮單元動靜交界處流動不均勻問題,以設(shè)計工況下泵的增壓和效率提升為優(yōu)化目標(biāo),設(shè)計了三種不同進口安放角的整流器,在不同含氣率下對單級壓縮單元進行穩(wěn)態(tài)分析,當(dāng)進口安放角增大時,整流器進口流速減小,葉片背面產(chǎn)生低速脫流區(qū)的起始點向進口方向移動,混輸泵的增壓能力、氣液混合能力及效率均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,對葉輪出口壓力干涉減小,壓力分布較為均勻,但平均壓力較低;較小的進口安放角導(dǎo)致葉片間排擠加大,通流面積減小,動靜交界處流速和壓力的不均勻性增大。整流器進口安放角為15°/19°的壓縮單元性能最優(yōu),其效率比原模型提高了1.7%。2.針對油氣混輸泵在高含氣率下的氣液分離現(xiàn)象,參照壓縮機內(nèi)部結(jié)構(gòu),將三級油氣混輸泵改進為漸縮型流道,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計三種不同平均流道高度的模型,通過對比不同含氣率下的穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果得出:隨著含氣率的升高,原模型效率逐漸降低,流道漸縮型油氣混輸泵效率先降低后增大,說明與原模型相比,改進后的模型在輸送高含氣率的氣液混合介質(zhì)時泵性能得到改善。對于改進后的模型來說,隨著平均流道高度的減小,葉輪葉片工作面靜壓力分更為均勻,流道內(nèi)的高含氣區(qū)數(shù)量及面積逐漸減小,反映在外特性上為混輸泵增壓能力下降,但氣液混合能力增強,流動分離損失減小,使得混輸泵效率升高,綜合考慮得出:平均流道高度為55 mm時,流道漸縮型油氣混輸泵綜合性能較優(yōu)。3.為研究油氣混輸泵的瞬態(tài)特性,在穩(wěn)態(tài)計算的基礎(chǔ)上對優(yōu)化模型進行瞬態(tài)計算,對各模型壓力脈動分析得出:葉輪內(nèi)壓力脈動主頻為1倍葉頻,說明葉輪內(nèi)的壓力脈動主要受葉輪旋轉(zhuǎn)與葉輪葉片數(shù)的影響;葉輪進、出口的壓力脈動主要集中在中低頻,而葉輪中部在高頻處也存在較為明顯的壓力波動。對各模型葉輪受力情況分析得出:一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi),葉輪所受軸向力出現(xiàn)4個波動周期,葉輪所受徑向力卻出現(xiàn)8個波動周期,說明葉輪軸向力與徑向力的波動周期與葉片數(shù)相關(guān);隨其平均流道高度的減小,葉輪所受軸向力也減小,但徑向力卻增加,綜合考慮得出:平均流道高度為55 mm時,流道漸縮型油氣混輸泵瞬態(tài)特性較優(yōu)。對改進后的流道漸縮型油氣混輸泵在不同含氣率下的葉輪受力分析得出:軸向力大小、徑向力大小及其波動幅值與含氣率負相關(guān)。本研究改進了現(xiàn)有油氣混輸泵性能,對優(yōu)化油氣混輸泵的水力設(shè)計、保證油氣混輸泵在高含氣率情況下運行穩(wěn)定性和研究泵內(nèi)振動特性提供了重要的理論參考依據(jù)。
【圖文】：

流道漸縮型軸流式油氣混輸泵特性研究其在我國各類油田開采中進一步推廣和應(yīng)用，這對我國能源發(fā)深遠的意義。外研究現(xiàn)狀及進展混輸泵研究現(xiàn)狀及進展，最早應(yīng)用于油田并投入生產(chǎn)的是雙螺桿泵，如圖 1.1 所示。A公司）于 1985 年在 Trecate 油田進行了陸上持久性試驗，將一裝在深達 1000 米的海底，將油井中開采出的未處理的油、氣、至 100 公里外的海底增壓系統(tǒng)進行集中處理，并取得成功[8]。熱量大、螺桿受力易折斷、抗砂性能差等原因，而在深海油田

公司）于 1985 年在 Trecate 油田進行了陸上持久性試驗，，將一裝在深達 1000 米的海底，將油井中開采出的未處理的油、氣、至 100 公里外的海底增壓系統(tǒng)進行集中處理，并取得成功[8]。熱量大、螺桿受力易折斷、抗砂性能差等原因，而在深海油田圖 1.1 雙螺桿泵結(jié)構(gòu)簡圖
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE974.1

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本文編號：2707755