[发明专利]一种螺旋轴流式油气混输泵的超分离型叶轮

说明书

一种螺旋轴流式油气混输泵的超分离型叶轮，本发明涉及石油开采油气混输技术领域，它包含轮毂和叶片；叶片设置在轮毂的外环壁上，且轮毂为锥形轮毂；所述的叶片与轮毂的相邻面的最大厚度小于其位于轮缘处的最大厚度。通过调节加厚比系数ξ，从而使得两相流动时的气液分离现象及气体聚集现象有所改善。尽可能将气液分离延迟至尾缘，对叶轮内部的相态分离现象进行了优化，可以在一定程度上减小叶片扭曲，并且在轮缘外径一定时，整个通道为渐缩形，在输送两相介质时，可以避免由于气体压缩、流量减少引起的轴面速度降低。

技术领域

本发明涉及石油开采油气混输技术领域，具体涉及一种螺旋轴流式油气混输泵的超分离型叶轮。

背景技术

随着当今社会的不断进步和发展，工业应用中对于油田开采和输送技术要求越来越高，而多相增压泵作为油气混输技术的核心，其设计和应用受到了重视。其中应用较广泛的多相泵为螺旋轴流式多相混输泵，螺旋轴流式多相混输泵的优点在于叶轮结构有很长的方形通道，具有较大的流道曲率半径，且该叶轮采用开式或半开式结构，可以输送含砂介质，缺点在于随着含气率的增大，泵的性能会降低，且在增压过程中会发生气液两相相态分离现象的发生。由于气液两相流易受到外界众多因素的影响，且相与相之间存在相对运动以及复杂的界面效应，使得学者很难找出两相流的演化机理，因此提高该类叶片式油气混输泵工作效率的难点之一就是减小相态分离，增强叶轮内气液两相的混合。

油气混输泵作为一种高效经济的油田开发方式的核心设备，是一种集常规液相泵和气体压缩机性能于一体的多相输送装置，而叶轮作为油气混输泵的核心过流部件，对泵的性能有着很大的影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理的螺旋轴流式油气混输泵的超分离型叶轮，尽可能将气液分离延迟至尾缘，对叶轮内部的相态分离现象进行了优化，可以在一定程度上减小叶片扭曲，并且在轮缘外径一定时，整个通道为渐缩形，在输送两相介质时，可以避免由于气体压缩、流量减少引起的轴面速度降低。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：它包含轮毂和叶片；叶片设置在轮毂的外环壁上，且轮毂为锥形轮毂；所述的叶片与轮毂的相邻面的最大厚度小于其位于轮缘处的最大厚度。

本发明的工作原理：

两相介质在经由叶轮旋转做功后具有了一定的动能，然后于叶轮的出口边流出在螺旋轴流式油气混输泵的做功过程中，两相流体自从进水边方向流入，经由叶片对其做功后，至出水边方向流出；由于叶轮旋转会造成叶片工作面和叶片背面有压力梯度形成，以及离心力的作用，给气液两相的提供了分离动力，加剧了气相和液相的分离，并且气相的密度远远小于液相，因此在受到离心力及压力梯度的共同作用下，密度小的气相逐渐向靠近与轮毂的相邻面区域运动，密度大的液相逐渐被甩至轮缘区域，故在叶轮流道内形成了气相和液相的分离现象；

引入加厚比系数ξ，该系数表征叶片厚度由轮毂至轮缘的变化剧烈程度，其表达式为：

在满足轮毂的强度要求及轮缘的工艺要求基础上，使得加厚比系数ξ<1，即叶片与轮毂的相邻面处的最大厚度δ_{h max}小于其位于轮缘处的最大厚度

δ_{s max}，不同的加厚比系数对应不同的叶片背面型线，而叶片工作面型线均一致，加厚比系数越大，叶片越向轮缘方向倾斜，加厚比系数越小，叶片越向相邻面方向倾斜，在加厚比系数ξ<1时，叶片背面对流体的作用力在径向的分力方向与离心力方向相反，相当于削减了一部分气液分离动力，因此会改善流道内的气液分离现象和气体聚集现象，该情况下的叶轮的翼型可以很好的将气液分离现象延迟至尾缘区域，使气液分离现象不会发生在叶轮中后部而造成混输泵的性能降低，同时由于减缓了流道内的气液分离现象，还会相应的提高混输泵的混输性能；通过调节加厚比系数ξ，从而使得两相流动时的气液分离现象及气体聚集现象有所改善。