多相流泵的性能及设计特点

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1、40多相流泵的性能及设计特点多相流泵的性能及设计特点程立新(华南理工大学工业装备与控制工程系,广州市510641)陈听宽(西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,西安市710049)摘　要　介绍了滩海油田开采用的多相流泵的性能。根据多相流体的运动规律,对多相流泵的设计特点进行了讨论。最后介绍了国外多相流泵的开发、性能及应用的新动向。　　　关键词　多相流　泵　性能　设计特点和气的混合物,同时还含有少量的水和砂,是符　号　说　明一种多相混合物。在传统的海底石油开采过程2A—过流断面面积,m中,需要建立一套复杂的处理设施,使原油产2g—重力加速度,mös出物在海上平

2、台或海底先经油气分离装置分m—气液混合物质量流量,kgös离,然后再将油、气分别输送到陆上加工基地。p—压力,Pa3这种开采工艺不仅在技术上有一定的难度,而QG—气体体积流量,mösQ3且也非常不经济。多相流泵是一种专门用于输L—液体体积流量,mösu—圆周速度,mös送原油产出物的设备,其不需要增加分离装置,v—混合物速度,mös就可把原油产出物直接输送到加工基地,因而vm—轴面速度分量,mös[1]特别适用于海底原油开采的远距离输送。vu—绝对速度的圆周分量,mös　　伴随着对多相流动规律的研究和认识,国x—质量含气率外已开发出了用于海底原油混送的多相流泵,

3、z——到任意测量基准面的垂直距离,mA—空隙率,A=AGöA这种产品可以连续输送含气率从0(100%液[1]B—叶片安放角,(°)体)到1(100%气体)的介质,非常适合于恶Bs—体积含气率劣的海底油田开采条件,必然成为海底油田开3Q—气液两相流的混合物密度,kgöm采的一种关键设备。我国在多相流泵产品的开3QG—气相密度,kgöm发方面还处于空白,多相流泵主要依赖于进口,3QL—液相密度,kgöm消耗着大量的外汇,因此,研究和开发多相流U—流量系数W—扬程系数泵对我国海底石油开发有着十分重要的意义。下标1,2—分别表示泵进口和出口1　多相流泵的性能L,G—分别

4、表示液体和气体　　普通的液体泵在输送气液混合物时,气泡　　随着陆上石油的日益减少,人们越来越重的运动情况对泵的性能有很大的影响。随着气视海底石油的开发。海底原油产出物主要是油泡在泵中叶轮内聚集,可能造成泵的效率和扬©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.《化工装备技术》第20卷第4期1999年41p程的大幅度下降,甚至使泵的运行不稳定或产12HG=QGdp(7)QLgQL∫p生断流,这就使得气液多相流泵与普通的液体1泵在性能上必然有很大的差别,因此研究叶轮HL可以近似地视为泵对

5、液体产生的扬中气泡的运动情况对掌握泵在输送气液两相混程,HG可以视为泵对气体产生的扬程,假定整合物时的性能变化十分必要。通常采用两种处个过程是等温过程,则[2]p理方式:一种是把两相流体看成是均匀连续1QGp2HG=ln(8)QLgQLp1介质,它们同时充满整个流场,在这种情况下112　无限叶片数理论扬程又可分为均匀流动模型和分离流动模型,均匀　　采用分离流动模型,假定在叶轮的出口与流动模型把两相流体作为均匀混合物来考虑,入口处,气相和液相分别具有各自的速度和质而分离流动模型则把两相分别按单相流处理,[5]量流量,则泵的理论扬程可表示为:并考虑相间的作用,然后将

6、两相方程相加,得Hth∞=[(1-x2)vu2Lu2-(1-x)vu1Lu1出两相流动的基本方程。另一种处理方法是将液相作为连续介质,而将气泡作为不连续的离+x2vu2Gu2-x1vu1Gu1]ög(9)　　假设叶片数无限多,在叶轮入口和出口处,散介质,因而可以对每个气泡进行跟踪研究。气相、液相的液流角就等于叶片安放角,则111　泵的扬程　　泵的扬程是指泵出口和泵入口之间单位质vu=u-vmctgB(10)量流体的能量差,可表示为[3]　　若流道的过流断面面积用A表示,则p2v22xmxm12-v1vmG==(11)H=∫dp++(z2-z1)(1)QGAGQG

7、A!pQg2g1(1-x)m(1-x)m　　假设泵中的多相流动为气泡均匀分布于液vmL==(12)QLALQL(1-A)A流中,且气泡与液流之间为无相对滑移的均匀[4]流动,则连续方程可表示为2　多相流泵的设计特点Q(QL+QG)=QLQL+QGQG(2)　　与输送液体相比,泵在输送气液多相流时故混合物的平均密度为性能下降,这主要是气泡在叶轮内滞留所造成QLQL+QGQGQ=(3)的,因为滞留气泡减少了流道断面面积,使液流QL+QG的相对速度增加,从而增加了流动损失。目前对假设QLQLmQGQG,则式(3)变为气液多相流泵尚没有成熟的设计方法,还不能QLQLQ=

8、(4)象清水泵那样根据给