螺旋軸流式油氣混輸泵氣液兩相瞬態(tài)流動(dòng)特性研究.pdf

1、軸流式油氣混輸泵有縮短平臺(tái)建設(shè)周期，降低原油開(kāi)采成本，輸送含有部分砂粒介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)大排量輸送等特點(diǎn)，并由此引起國(guó)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(jī)變化，這將導(dǎo)致混輸泵很難在較寬的高效區(qū)運(yùn)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(yáng)程較低，穩(wěn)定性較差，甚至?xí)a(chǎn)生振動(dòng)和噪音。分析其原因主要有：一，軸流式油氣混輸泵設(shè)計(jì)方法還不夠成熟；二，對(duì)其泵內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠清晰，特別

2、是對(duì)高含氣率下泵內(nèi)氣液兩相的流動(dòng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠深入；三，由于其泵內(nèi)部復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài)與其獨(dú)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(duì)油、氣、水和砂等多相介質(zhì)之間的相互作用機(jī)理的研究卻鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。基于此，本文從螺旋軸流式油氣混輸泵內(nèi)氣液兩相瞬態(tài)流動(dòng)特性展開(kāi)研究，通過(guò)其研究可進(jìn)一步深化對(duì)油氣混輸泵內(nèi)流動(dòng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，為其泵的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能提高和流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)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?jī)?nèi)容和

3、成果如下：
　　1）螺旋軸流式油氣混輸泵的設(shè)計(jì)與流場(chǎng)計(jì)算
　　設(shè)計(jì)出具有由多級(jí)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(jì)算方法對(duì)三級(jí)軸流式混輸泵全流道流場(chǎng)特性進(jìn)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(yùn)動(dòng)特性，分布規(guī)律及水力性能。發(fā)現(xiàn)兩相流動(dòng)受葉片動(dòng)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(jī)理。
　　2）螺旋軸流式油氣混輸泵內(nèi)氣液兩相瞬態(tài)流動(dòng)的計(jì)算

4、>　　為確?；燧敱迷诤瑲夤r下的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)不同含氣率時(shí)混輸泵內(nèi)瞬態(tài)流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，研究混輸泵內(nèi)部瞬態(tài)水動(dòng)力特性和葉輪動(dòng)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(dòng)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(duì)空化對(duì)水力機(jī)械葉輪可產(chǎn)生較為嚴(yán)重危害的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)不同含氣率時(shí)混輸泵內(nèi)兩相空化瞬態(tài)流動(dòng)規(guī)律的分析，揭示不同空化程度時(shí)泵內(nèi)空化發(fā)生的位置、空