新一代螺旋轴流式多相泵的外特性试验研究及数值模拟(英文)

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.实验表明新一代螺旋轴流式多相泵能够输送很大范围的单相或多相流体.并且测定了转速、进口含气率、吸入压力等主要操作参数对多相泵性能的影响.通过实验发现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,增压有所提高,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.另外多相泵入口处的均混器能够改善多相泵入口来流的条件,扩大多相泵的操作范围,对多相泵的性能影响很大.为了更好地了解多相泵内流场情况,建立了多相泵CFD数学模型.运用Fluent6.2进行数值模拟.通过求解雷诺时均N-S方程,并应用标准k-ε湍流模型来模拟泵内流动特性.首先用收敛的模拟结果与实验结果进行对比,将模型进一步修正,然后进行其他工况下的模拟.修正后的模型以及本文模拟的结果很好的反映了多相泵内流体流动的特点,同时利用该模型还可以进行各种工况下的性能预测以及多相泵的叶片翼型的优化.为今后新泵的设计提供了一种经济实用的方法.

螺旋轴流式多相泵流动参数设计值探讨

本文在对螺旋轴流式多相泵高速试验的基础上,通过三级多相泵输送性能情况来分析动态参数进口冲角、相对液流角和比转速在设计时对增压单元参数的影响,从而改进增压单元的设计,使多相泵能具有更好的输送性能。

螺旋轴流式多相泵的研究现状

多相混输技术是当今油气输送技术的发展趋势 ,而螺旋轴流式多相泵应用于油气水多相混输具有良好的性能。它的最大优点在于对固体颗粒不敏感 ,能适应气塞和液体段塞。另外 ,在高含气率 (0 %～ 93% )下 ,仍有良好的增压效果 ,在短时间内可在 10 0 %的气体下运行。石油大学 (北京 )从 1996年开始研究螺旋轴流式多相泵 ,研究了输送机理及结构设计、性能预测和内部能量交换及试验研究 ,到 2 0 0 3年 ,先后完成了 3代原理机的性能试验研究。其间做了许多国内开创性的研究工作 ,在叶片选型、扬程估算、性能预测模型的建立以及内部流动规律研究方面都具备了一定水平。文章介绍了取得的研究成果。

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。

水下立式螺旋轴流式多相泵的结构设计探讨

螺旋轴流式多相泵因具有适应大体积流量输送,结构紧凑,对固体颗粒不敏感,具有一定的抗干转能力等优点,使其成为海底多相增压输送的最优选择之一。在陆用多相泵多次室内及现场成功试验的基础上,综合运用前期所取得的翼型优化及性能预测等成果,进行水下多相泵的研制。就水下立式螺旋轴流式多相泵系统的结构设计,在多相泵的叶轮、导叶和均化器的设计,轴系的布置及多相泵的密封、润滑、冷却、轴承和驱动电机等方面作了介绍。

螺旋轴流式多相泵油气混输试验研究

通过对螺旋轴流式多相泵的室内试验,确定转速、流量等参数对多相泵输送性能的影响,依此对油田现场多相输送可能出现的各种情况进行预测,并成功进行了该泵在油田现场的油气混输增压试验,为螺旋轴流式多相泵的进一步研发积累了经验。

井下螺旋轴流式多相混抽泵轴向力计算及平衡

准确地计算井下螺旋轴流式多相混抽泵的轴向力并合理有效地平衡轴向力是该泵推广使用的关键。为此,对混抽泵的轴向力进行了分析计算,提出了平衡轴向力的具体方法,并通过试验验证了平衡方法的可行性,总结出轴向力的变化规律。认为产生轴向力的主要原因是叶轮前后两侧的压差、流体动反力及叶轮自重。提出轴向力的平衡方法有浮动叶轮法、集中止推法、平衡孔法及平衡孔加浮动叶轮法。研究结果认为,轴向力随含气体积分数和流量的增大而减小,其计算值和试验值的误差约为5.17%。最后指出轴向力计算方法和平衡方法具有较高的可靠性。

螺旋轴流式多相泵试验及相似性能研究

对研制的多相泵样机做了相似设计,并对相似设计结果进行优化,以便开发出拥有更高性能参数的新一代螺旋轴流式多相泵。对第3代叶片式多相泵在转速3900、4200、4500r/min下做了现场试验,对试验结果进行了讨论,验证第3代多相泵在纯水和气液混输工况下的相似性能。结果认为,在设计转速周围,不同转速下纯水工况无量纲化扬程系数-流量系数曲线基本重合,多相泵基本满足相似设计;在多相混输工况下,含气体积分数从0～90%变化过程中,不同转速下扬程系数-流量系数曲线基本重合,第3代螺旋轴流式多相泵在气液混输工况下满足相似性能。

螺旋轴流式多相泵高速变速下多相输送性能的研究

以石油大学 (北京 )所设计的第三代螺旋轴流式多相泵为研究对象 ,分别以清水、空气 -水为试验介质 ,系统地研究了多相泵在高速变速下的清水外特性和多相输送时不同的进口含气率、进口压力、进口混合物密度和转速等对多相输送性能的影响 ,为多相泵的工业应用设计提供更进一步的试验参数。

螺旋轴流式多相泵的研究

以石油大学(北京)承接的油气混输泵机理研究为例,介绍了国内螺旋轴流式多相泵的研究现状,重点介绍了第一代、第二代和第三代多相泵的研究成果,并提出了存在的问题及解决方案。

螺旋轴流式多相流泵内流场可视化测试

螺旋轴流式多相流泵适用于输送气液两相流介质,由于两相介质的密度不同,运动轨迹也不相同,气体以气泡的形式流动,在流动过程中大小和形态的转变可直观反映泵内流体参数的变化,通过设计试验系统观测以及数值模拟的两种方式结合对气泡轨迹进行研究。结果表明:在转速低于1200 r/min时,气泡在叶轮叶片骨线1/2处体积达到最大,与压力面接触破碎向吸力面运动,在导叶内气泡自身能量不足开始逆压力梯度回流,两相流通流情况差;转速高于1450 r/min时,叶轮内气泡数量增多、尺寸减小,开始出现叶顶间隙回流且强度不断增加,跨流道运动强度也逐渐增加,在叶顶间隙有明显的气泡冲撞并有叶顶间隙涡的形成,导叶内气泡的气泡跨流道运动导致在其出口尾缘出现气体涡旋,随转速的增加所占流道面积增大,阻碍两相流通流。

螺旋轴流式多相泵的研究及试验

采用多相混输技术可以节省投资,提高油井产量。为此,对螺旋轴流式多相泵的过流部件(增压单元)和轴径进行设计和计算。在纯水和混液2种工况下,对螺旋轴流式多相泵进行试验,并对测试数据进行处理。试验结果表明,纯水试验时,每套增压单元的最高效率几乎不随转速而变化;混液试验时,多相混输泵增压能力随转速的增加而增强,同时输送的多相流体含气体积分数也随之提高,尤其在4300r/min时,第1套和第2套增压单元输送的多相流体含气体积分数都达到80%。

螺旋轴流式多相泵叶轮处流场计算

随着陆上边际油田、沙漠油田、特别是海上油田的开发，人们对设计和研究油气输送中多相流混输系统的要求更加迫切。螺旋轴流式多相泵作为一种油气多相混输设备，具有很重要的研究和应用价值。而叶轮作为多相泵的核心过流部件之一，对泵的性能有着很大的影响，因此叶轮处流场的流动计算是多相泵研究的重点，它对螺旋轴流式多相泵性能的研究具有重要的指导意义。

螺旋轴流式多相泵的多功能混输试验台设计~

在原有试验台基础上,考虑瞬态工况、缓冲均化器(气液混合装置)性能测试等试验要求,从管路设计、试验仪表、控制系统、数据采集、可视化等试验研究角度,系统介绍了螺旋轴流式多相泵和用于与之配套的缓冲均化器(气液混合装置)性能测试的多功能试验台设计。该试验台实现了多相泵在稳态和多变工况下的性能测试,测试缓冲均化器对多相混输性能的影响及对多相流态的调节功能,为今后多相泵进一步完善设计和理论研究提供试验依据。

基于ANSYS的螺旋轴流式多相泵性能分析

为了研究螺旋轴流式多相泵内部的流动特性,自主设计了螺旋轴流式多相泵单元压缩级,然后基于ANSYS下的FLUENT求解器,对其进行了不同流量工况下的数值模拟,得出了多相泵的外特性曲线。最后对多相泵的内流场进行了分析,通过分析不同流量工况下叶轮流道内的气相分布状态,得出了多相泵内气液两相流动的特点,为有效提高多相泵气液混输特性提供了依据。

水下多相增压泵选型设计

在深海油气开发中,水下多相增压泵是多相混输技术的关键设备,主要包括双螺杆多相泵和螺旋轴流多相泵。研究了水下双螺杆多相泵和螺旋轴流多相泵的结构组成、工作原理及其特点。针对典型的工程实例,考虑泵的排量、驱动方式、泵入口条件、冷却润滑系统等,分析了水下增压泵的选型设计过程以及重要设计参数的确定方法,得出该案列应选用的水下双螺杆增压泵。