气相压缩性对气液混输泵设计工况点性能的影响

为研究气相压缩性对气液混输泵性能的影响规律，以螺旋轴流式气液混输泵为研究对象，采用欧拉-欧拉双流体模型，在20%～80%进口含气率范围内对混输泵设计工况点进行数值计算，分析气相压缩性对混输泵外特性曲线和内流场的影响。研究表明，在高含气率下气相可压缩性对混输泵的外特性预测结果影响明显增大；考虑气相压缩性后，混输泵叶轮单个流道内最先出现气堵问题，并且气相压缩性明显影响叶轮叶片上压力载荷分布以及叶轮内的气液两相的相间速度差分布。     

叶片式混输泵入口段气液两相流场可视化试验

气液两相混合流体在叶片式混输泵内的流动与入口段气液混合程度有直接的关系,故在混输泵入口前端设置了自行设计的缓冲均化器,并通过可视化试验探索入口段气液两相流型及气泡直径随转速和入口含气率的变化规律。研究发现:经过缓冲均化器后,气液两相流体在混输泵入口段表现为均匀的泡状流,无大团气泡聚集现象,说明缓冲均化器结构及多孔管开孔方案合理,能够起到均匀混合气液两相流体的作用;在同一转速和液相流量下,混输泵入口段气泡直径变化规律呈正态分布,随着入口含气率的增加(0~50%),气体总流量增加,在均化器中与水混合后形成的气泡初始直径逐渐增加,使得混输泵入口段气泡直径也逐渐增加;在同一液相流量和入口含气率工况下,气泡的初始直径相同,而随着混输泵转速的增加(1 800~2 700 r/min),入口段流体旋转角速度增大,导致液相对气相的拖曳力也相应增大,最终导致气泡直径变小;绘制了泵入口气泡直径随入口含气率及转速的变化规律曲线,可以为混输泵内流场数值模拟中入口气液两相流型及平均气泡直径的设置提供参考。     

高含气率下双螺杆多相混输泵泄漏分析及其对容积效率的影响

对双螺杆多相混输泵的泄漏通道进行了分析,建立了简化后的混输泵泄漏的数学计算模型,包括建立齿顶间隙泄漏模型、齿根间隙泄漏模型、齿侧间隙泄漏模型。并利用泄漏模型结合双螺杆内部泄漏通道的分布特点和容积效率的计算公式提出了双螺杆混输泵容积效率的数学计算模型。利用已有文献中的试验数据验证了理论计算模型的准确性,并且计算与试验值进行对比并分析了高含气率下含气率、转速、介质粘度对混输泵容积效率的影响。结果表明:当含气率在80%～95%之间增大时,齿顶和齿根间隙的泄漏量随之减小,而齿侧间隙的泄漏量先减小后增大,泵的容积效率会随介质含气率的增加而增大;但当含气率大于95%时,泵的容积效率会急剧下降,所以在混输泵工作时应当尽量将含气率控制在95%以下。同时双螺杆混输泵的容积效率会随着转子转速的增大而提高,随着所输送介质的粘度的增大而增加。     

旋流泵气液混输特性试验研究

通过旋流式模型泵的型式试验,对无叶腔中心线上设定点进行流动参数测量,得到测点静压p_s、绝对速度V、绝对速度的圆周分速度V_u、径向速度V_r和轴向速度V_z随流量增大变化规律。证明泵进口轴向运动为主流,且旋涡中心静压为负值,阐明了旋流泵的抽吸原理。在此基础上,对泵的气液混输特性进行试验研究,证明旋流泵具有气液混输功能,得到了含气量对泵流量、扬程及效率影响的变化规律,为旋流泵工程应用提供科学实践依据。     

叶片式气液混输泵全流道内流场特性分析

有关叶片式气液混输泵全流道内流场特性的研究还不充分,因此选取空气-水作为输运介质,基于ANSYS_CFX对一叶片式气液混输泵进行全流道数值模拟。计算域采用ICEM_CFD和TurboGrid进行了结构化网格划分。通过数值计算获取的外特性数据与试验数据进行对比,数值计算方法的可靠性得到了验证。计算结果显示,不同进口含气率下叶轮流道内的气体主要聚集在叶轮出口轮毂处的吸力面附近且随着进口含气率的增加,气体在该处的聚集程度增强,分布的不均匀度增加。9%、15%和21%进口含气率下叶轮内流体的最大湍动能分别是3%进口含气率下的1.07倍、1.53倍和1.83倍。不同进口含气率下导叶内的气体均在轮毂处聚集,且沿着流动方向,轮毂处的气体逐渐向主流区扩散。9%进口含气率下,叶轮内气体的聚集程度随着流量的增加逐渐减小,而导叶内的气体在设计流量(Q_d)时聚集程度最大,大流量(1.25Q_d)次之,小流量(0.75Q_d)最小。以上研究结果更深入地揭示了叶片式气液混输泵的内流场特性,可以为该类泵的优化设计提供参考,提高其输运效率。     

双螺杆多相混输泵压力分布的数值模拟

对不同运行工况和几何参数下双螺杆多相混输泵的压力分布进行了模拟计算,并和已发表文献中的试验数据进行了分析比较,验证了所建立的数学模型。并得出随入口压力增高,压差增大,转子转速升高,泵间隙减小双螺杆多相混输泵内压力变化曲线曲率增大;低入口含气率下随入口含气率升高压力变化曲线曲率增大,高入口含气率情况下则相反;相同螺距下转子长度越长压力变化曲线越平坦。     

油气混输泵静叶内部流场分析及优化设计

针对某一典型的油气混输泵,以设计工况下泵的增压和效率提升为优化目标,设计了不同进口安放角的静叶,基于FLUENT软件,采用RNG k-ε模型、SIMPLEC算法对装配不同静叶的单级油气混输泵模型进行数值模拟,得出静叶区域内的压力分布,并分析出不同含气率下不同进口安放角的静叶叶型和混输泵增压及效率之间的关系。结果表明:随着静叶进口安放角的增大,混输泵的增压能力和气液混合能力呈现出先增大后减小的趋势,叶片背面产生低速脱流区的起始点逐渐向进口方向移动;较小的进口安放角使得动静叶交界处流速和压力的不均匀性增加。研究结果对混输泵静叶设计及优化提供了理论参考依据。     

混合式油气混输泵内部流动分析

为分析混合式油气混输泵内部流动情况、探索混合式叶轮结构对混输泵性能的影响，该文基于Pro/E及Fluent等软件，对混合式油气混输泵建立全三维流场。并采用Mixture多相流模型、 Standard k-epsilon湍流模型以及基于Pressure-Velocity耦合计算的Simple C算法。以理想状态的水和空气作为多相介质，通过改变含气率(GVF)等工况，分析了混合式油气混输泵的内部流动情况，以及不同外径的混流式叶轮对油气混输泵外特性的影响。结果表明：混合式油气混输泵相较于原型泵的扬程和效率得到提高，混流式叶轮内的气液分布较为均匀，随着混流式叶轮外径的增大，扬程提高越明显；在相同混流式叶轮外径下，随含气率提高，扬程逐渐下降，叶轮出口边出现气液分离，但流道内湍动能基本不发生变化。     

液环泵用作气液两相混输泵的试验研究

随着气液两相流动的广泛应用,作者选用液环泵作为气液两相混输泵,并做了气水、油气混输试验。试验结果表明,只要作相应的结构改进,液环泵可作为气液两相混输泵使用。     

轮毂比对多相混输泵内流特性的影响

为了探究轮毂比对多相混输泵内流特性的影响,选取一单级压缩级在不同轮毂比下利用ANSYS CFX软件对多相混输泵的内流特性进行数值计算。结果表明:随着轮毂比增大,动叶轮出口从轮毂到轮缘的压力梯度变小,动叶轮轮毂处气体聚集程度变小,流速变快、流动现象变好;在纯水工况下,随着轮毂比增加静叶轮内旋涡和回流现象减弱,位于静叶轮出口轮缘处的最大湍动能区域变小;在进口含气率IGVF=19%时,随着轮毂比的增加,静叶轮进口轮毂处的旋涡消失,静叶轮出口处的旋涡越来越集中,位于静叶轮出口轮缘处的最大湍动能区域逐渐变大。本研究结论对多相混输泵结构的优化设计有重要的参考意义。     

往复式油气混输泵输入功率的计算与分析

以往复式油气混输泵为例,研究了气液两相工况下往复泵输入功率变化规律,通过分析其工作原理,结合组合阀排出阀芯开启压力平衡方程和油气两相绝热内压缩过程方程,推导出了输入功率的计算公式.通过实例计算,得到了不同内压缩比、不同气液比工况下三缸双作用往复式油气混输泵的输入功率.结果表明：随着介质初始气液比的增大,泵的输入功率减小;当介质初始气液比β0＜0.5时,输入功率随着内压缩比的增大而增大,β0＞0.5时,输入功率随着内压缩比的增大而减小.     

新一代螺旋轴流式多相泵的外特性试验研究

多相混输技术使得未经处理的多相井流或其它多相流体能够在无需分离的前提下实现长距离输送。作为多相混输核心技术之一,螺旋轴流式多相泵与其它多相泵相比具有独特优势,诸如排量大,结构简单、紧凑,对固体颗粒不敏感等。在创建新试验台的基础上,本文以中国石油大学（北京）自主研发的新一代螺旋轴流式多相泵为研究对象,在不同工况下对其进行外特性试验研究。叙述了新一代螺旋轴流式多相泵试验样机的基本特征及新试验台架的基本特点,通过试验测定了多相泵的运行稳定性及多相混输性能。实验表明,新一代螺旋轴流式多相泵能够输送单相或多相流体,并且测定了转速、进口含气率、吸入压力等参数对多相泵性能的影响。多相泵的性能随着转数和进口吸入压力的提高得到明显改善：增压提高,高效区变宽,最优工况对应的流量增大。当含气率升高时,多相泵内两相流体产生速度滑移,泵内流型发生转变,导致多相泵振动、性能不稳定,多相泵的增压能力降低。通过和前几代多相泵进行对比,总结了本多相泵性能的特征,为今后多相泵的设计提供了依据。试验研究发现入口气液混合程度的好坏对泵的外特性及工作稳定性有很大影响,文章最后讨论了在多相泵入口设置均混器的必要性以及试验所用均混器的基本特征。     

井下气液混抽泵外特性试验研究

为满足高含气油藏及煤层气田开发的需要,对自主开发的新型井下螺旋轴流式气液混抽泵样机进行了外特性试验研究,得到样机在纯水及不同入口含气率时的外特性曲线,结果表明该样机能高效混抽高含气率介质。本文详述了试验步骤,分析了含气率和气液总流量的变化对井下螺旋轴流式气液混抽泵外特性的影响,为井下气液混轴泵的进一步开发研制提供了试验依据和工作基础。     

同步回转多相混输泵的结构优化设计

在同步回转多相混输泵热力学和动力学研究的基础上,建立了混输泵结构优化的数学模型。选取相对偏心距和气缸的长径比作为设计变量,效率作为目标函数,采用复合形法对混输泵进行了结构优化研究。研究发现:不同含气率的场合使用不同外形特征的结构参数有助于提高泵的性能,同步回转多相混输泵的优化研究为不同含气率的工作条件下混输泵的结构设计提供了理论依据。     

含气介质用机械密封端面两相流动特性*

气液混输条件下,密封腔内的含气率较高将会使得密封液膜中有气体进入,从而导致密封环出现“失稳”现象。为探讨含气介质对机械密封性能的影响,通过建立端面螺旋槽型液膜模型,基于Mixture多相流模型,对端面液膜中气液两相分布及机械密封密封性能进行研究。结果表明：液膜内气相体积分数随气泡直径的减小而增大;不同入口含气率下密封端面两相分布规律相近,含气率较高的位置出现在槽根半径处;随着含气率、转速、压差的升高,〖JP2〗槽根处的压力随之升高,从而影响密封性能;在相同含气率、转速及压差下,随膜厚的增加,泄漏量增大,开启力减小,且较小的膜厚对工况参数的改变更为敏感,槽深与膜厚的相关性较强,优化机械密封结构时需综合考虑两者的影响。     

双螺杆多相混输泵转子变形的理论研究

双螺杆混输泵在输送高含气率介质时,泵内温升对泵内转子间隙造成影响,进而影响泵的容积效率,在极端情况下,甚至会造成转子卡死以及混输泵的损坏。本文建立转子模型对高含气率下双螺杆混输泵转子的热变形和力变形规律进行研究,结果表明转子的热变形是转子变形的主要因素,螺杆转子的变形量会随着介质含气率的增加而增加,当含气率大于90%后,变形量显著增大,当含气率为99%时,径向最大变形量发生在出口端面的齿顶,轴向最大变形量发生在螺杆转子的吸入口侧轴的右端面上。通过分析变形对各间隙的影响后发现,齿根间隙变化最大,其次是齿顶间隙,而齿侧间隙几乎不发生变化。     

含气率对往复式油气混输泵排出性能影响

为了研究含气率对往复式油气混输泵排出性能的影响及转速、含气率、流量的相互关系,基于标准k-ε湍流模型和混合多相流模型,采用计算流体力学软件中的动网格技术和用户自定义函数,在介质含气率不同时对混输泵的排出过程进行三维动态仿真模拟。结果表明:介质增压速度、最大流量、平均流量与含气率成反比。根据转速、含气率、流量关系曲线调节转速,使泵的流量与抽油机流量相匹配,为往复式油气混输泵性能参数的选择及现场应用提供数据参考。     

气液混输漩涡泵内部气相分布与性能预测研究

为研究漩涡泵的气液混输性能,采用Fluent计算软件对泵内部气液两相流场进行了数值模拟。模拟结果初步揭示了该泵内气液两相流动特征,由此可知泵流道内的气泡主要集中在叶片压力面根部,气泡聚集程度随含气率的增加而增加。泵性能预测曲线与试验曲线较为吻合,说明了所采用的计算模型是基本可行的。     

气液单向阀弹簧刚度对开启特性的仿真分析

利用VOF法建立了混输泵出口单向阀内流场的气—液两相流CFD模型,采用UDF及动网格技术,研究了介质不同含气率下弹簧刚度对出口单向阀开启特性的影响。仿真结果表明:在一定范围内,随着弹簧刚度的增大,单向阀最大开启高度降低,开启滞后时间稍有增加;介质含气率变化对阀芯开启滞后影响明显,随含气率的增加,阀最大开启高度大幅降低,开启滞后时间增加,且随含气率增大,弹簧刚度的影响减弱。     

混输泵用机械密封的性能研究

多相混输技术使得未经处理的多相并流或其它多相流体能够在无需分离的前提下实现长距离的输送。作为多相混输技术核心部分之一,混输泵的工况十分恶劣,不仅要输送气液混合物,还要承受段塞流的冲击,这给泵的机械密封提出了严格的要求,混输泵的机械密封是需要解决的关键性问题,机械密封性能的好坏直接影响多相泵的可靠性。本文对机械密封进行了结构分析,分析了不同参数对机械密封性能的影响,探讨了影响混输泵机械密封性能的主要因素,为混输泵机械密封的设计提供一些参考。