多相流泵的性能及設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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1、40多相流泵的性能及設(shè)計(jì)特點(diǎn)多相流泵的性能及設(shè)計(jì)特點(diǎn)程立新(華南理工大學(xué)工業(yè)裝備與控制工程系,廣州市510641)陳聽寬(西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安市710049)摘　要　介紹了灘海油田開采用的多相流泵的性能。根據(jù)多相流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,對(duì)多相流泵的設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了討論。最后介紹了國外多相流泵的開發(fā)、性能及應(yīng)用的新動(dòng)向。　　　關(guān)鍵詞　多相流　泵　性能　設(shè)計(jì)特點(diǎn)和氣的混合物,同時(shí)還含有少量的水和砂,是符　號(hào)　說　明一種多相混合物。在傳統(tǒng)的海底石油開采過程2A—過流斷面面積,m中,需要建立一套復(fù)雜的處理設(shè)施,使原油產(chǎn)2g—重力加速度,m?s出物在海上平

2、臺(tái)或海底先經(jīng)油氣分離裝置分m—?dú)庖夯旌衔镔|(zhì)量流量,kg?s離,然后再將油、氣分別輸送到陸上加工基地。p—壓力,Pa3這種開采工藝不僅在技術(shù)上有一定的難度,而QG—?dú)怏w體積流量,m?sQ3且也非常不經(jīng)濟(jì)。多相流泵是一種專門用于輸L—液體體積流量,m?su—圓周速度,m?s送原油產(chǎn)出物的設(shè)備,其不需要增加分離裝置,v—混合物速度,m?s就可把原油產(chǎn)出物直接輸送到加工基地,因而vm—軸面速度分量,m?s[1]特別適用于海底原油開采的遠(yuǎn)距離輸送。vu—絕對(duì)速度的圓周分量,m?s　　伴隨著對(duì)多相流動(dòng)規(guī)律的研究和認(rèn)識(shí),國x—質(zhì)量含氣率外已開發(fā)出了用于海底原油混送的多相流泵,

3、z——到任意測量基準(zhǔn)面的垂直距離,mA—空隙率,A=AG?A這種產(chǎn)品可以連續(xù)輸送含氣率從0(100%液[1]B—葉片安放角,(°)體)到1(100%氣體)的介質(zhì),非常適合于惡Bs—體積含氣率劣的海底油田開采條件,必然成為海底油田開3Q—?dú)庖簝上嗔鞯幕旌衔锩芏?kg?m采的一種關(guān)鍵設(shè)備。我國在多相流泵產(chǎn)品的開3QG—?dú)庀嗝芏?kg?m發(fā)方面還處于空白,多相流泵主要依賴于進(jìn)口,3QL—液相密度,kg?m消耗著大量的外匯,因此,研究和開發(fā)多相流U—流量系數(shù)W—揚(yáng)程系數(shù)泵對(duì)我國海底石油開發(fā)有著十分重要的意義。下標(biāo)1,2—分別表示泵進(jìn)口和出口1　多相流泵的性能L,G—分別

4、表示液體和氣體　　普通的液體泵在輸送氣液混合物時(shí),氣泡　　隨著陸上石油的日益減少,人們?cè)絹碓街氐倪\(yùn)動(dòng)情況對(duì)泵的性能有很大的影響。隨著氣視海底石油的開發(fā)。海底原油產(chǎn)出物主要是油泡在泵中葉輪內(nèi)聚集,可能造成泵的效率和揚(yáng)?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.《化工裝備技術(shù)》第20卷第4期1999年41p程的大幅度下降,甚至使泵的運(yùn)行不穩(wěn)定或產(chǎn)12HG=QGdp(7)QLgQL∫p生斷流,這就使得氣液多相流泵與普通的液體1泵在性能上必然有很大的差別,因此研究葉輪HL可以近似地視為泵對(duì)

5、液體產(chǎn)生的揚(yáng)中氣泡的運(yùn)動(dòng)情況對(duì)掌握泵在輸送氣液兩相混程,HG可以視為泵對(duì)氣體產(chǎn)生的揚(yáng)程,假定整合物時(shí)的性能變化十分必要。通常采用兩種處個(gè)過程是等溫過程,則[2]p理方式:一種是把兩相流體看成是均勻連續(xù)1QGp2HG=ln(8)QLgQLp1介質(zhì),它們同時(shí)充滿整個(gè)流場,在這種情況下112　無限葉片數(shù)理論揚(yáng)程又可分為均勻流動(dòng)模型和分離流動(dòng)模型,均勻　　采用分離流動(dòng)模型,假定在葉輪的出口與流動(dòng)模型把兩相流體作為均勻混合物來考慮,入口處,氣相和液相分別具有各自的速度和質(zhì)而分離流動(dòng)模型則把兩相分別按單相流處理,[5]量流量,則泵的理論揚(yáng)程可表示為:并考慮相間的作用,然后將

6、兩相方程相加,得Hth∞=[(1-x2)vu2Lu2-(1-x)vu1Lu1出兩相流動(dòng)的基本方程。另一種處理方法是將液相作為連續(xù)介質(zhì),而將氣泡作為不連續(xù)的離+x2vu2Gu2-x1vu1Gu1]?g(9)　　假設(shè)葉片數(shù)無限多,在葉輪入口和出口處,散介質(zhì),因而可以對(duì)每個(gè)氣泡進(jìn)行跟蹤研究。氣相、液相的液流角就等于葉片安放角,則111　泵的揚(yáng)程　　泵的揚(yáng)程是指泵出口和泵入口之間單位質(zhì)vu=u-vmctgB(10)量流體的能量差,可表示為[3]　　若流道的過流斷面面積用A表示,則p2v22xmxm12-v1vmG==(11)H=∫dp++(z2-z1)(1)QGAGQG

7、A!pQg2g1(1-x)m(1-x)m　　假設(shè)泵中的多相流動(dòng)為氣泡均勻分布于液vmL==(12)QLALQL(1-A)A流中,且氣泡與液流之間為無相對(duì)滑移的均勻[4]流動(dòng),則連續(xù)方程可表示為2　多相流泵的設(shè)計(jì)特點(diǎn)Q(QL+QG)=QLQL+QGQG(2)　　與輸送液體相比,泵在輸送氣液多相流時(shí)故混合物的平均密度為性能下降,這主要是氣泡在葉輪內(nèi)滯留所造成QLQL+QGQGQ=(3)的,因?yàn)闇魵馀轀p少了流道斷面面積,使液流QL+QG的相對(duì)速度增加,從而增加了流動(dòng)損失。目前對(duì)假設(shè)QLQLmQGQG,則式(3)變?yōu)闅庖憾嘞嗔鞅蒙袥]有成熟的設(shè)計(jì)方法,還不能QLQLQ=

8、(4)象清水泵那樣根據(jù)給