螺旋軸流式油氣混輸泵氣液兩相瞬態(tài)流動特性研究.pdf

1、軸流式油氣混輸泵有縮短平臺建設(shè)周期，降低原油開采成本，輸送含有部分砂粒介質(zhì)，實現(xiàn)大排量輸送等特點，并由此引起國內(nèi)外高度重視。油氣混輸泵輸送的介質(zhì)常含有油、氣、水和砂等多相介質(zhì)，且含氣率常常從0-100％隨機變化，這將導(dǎo)致混輸泵很難在較寬的高效區(qū)運行。此外，由于輸送介質(zhì)的復(fù)雜性，導(dǎo)致混輸泵效率和揚程較低，穩(wěn)定性較差，甚至?xí)a(chǎn)生振動和噪音。分析其原因主要有：一，軸流式油氣混輸泵設(shè)計方法還不夠成熟；二，對其泵內(nèi)部流動機理的認識還不夠清晰，特別

2、是對高含氣率下泵內(nèi)氣液兩相的流動機理的認識還不夠深入；三，由于其泵內(nèi)部復(fù)雜的流動狀態(tài)與其獨特的壓縮單元結(jié)構(gòu)，共同導(dǎo)致了泵不能很好的工作。但目前對油、氣、水和砂等多相介質(zhì)之間的相互作用機理的研究卻鮮有文獻報道?；诖?，本文從螺旋軸流式油氣混輸泵內(nèi)氣液兩相瞬態(tài)流動特性展開研究，通過其研究可進一步深化對油氣混輸泵內(nèi)流動機理的認識，為其泵的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、性能提高和流動誘導(dǎo)振動的控制提供理論參考，以使該泵能在工程中得到廣泛應(yīng)用。本文主要研究內(nèi)容和

3、成果如下：
　　1）螺旋軸流式油氣混輸泵的設(shè)計與流場計算
　　設(shè)計出具有由多級壓縮單元串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)型式的螺旋軸流式油氣混輸泵模型，并采用數(shù)值計算方法對三級軸流式混輸泵全流道流場特性進行定常數(shù)值研究，得到混輸泵流道內(nèi)氣液兩相介質(zhì)的運動特性，分布規(guī)律及水力性能。發(fā)現(xiàn)兩相流動受葉片動靜干涉作用以及有限葉片數(shù)的影響較為明顯，并揭示了混輸泵內(nèi)相態(tài)分離和氣相局部聚集機理。
　　2）螺旋軸流式油氣混輸泵內(nèi)氣液兩相瞬態(tài)流動的計算

4、>　　為確保混輸泵在含氣工況下的可靠穩(wěn)定運行，對不同含氣率時混輸泵內(nèi)瞬態(tài)流動過程進行計算，研究混輸泵內(nèi)部瞬態(tài)水動力特性和葉輪動力特性，揭示了混輸泵的瞬態(tài)軸向力與徑向力隨含氣率的變化規(guī)律，以及混輸泵壓縮單元的壓力脈動特性。
　　3）氣液兩相條件下，螺旋軸流式油氣混輸泵內(nèi)空化瞬態(tài)特性
　　針對空化對水力機械葉輪可產(chǎn)生較為嚴重危害的特點，通過對不同含氣率時混輸泵內(nèi)兩相空化瞬態(tài)流動規(guī)律的分析，揭示不同空化程度時泵內(nèi)空化發(fā)生的位置、空