一种适用于高含气率的多级气液混输泵
阅读说明：本技术 一种适用于高含气率的多级气液混输泵 (Multistage gas-liquid mixed transportation pump suitable for high gas content ) 是由 罗兴锜 李晨昊 冯建军 朱国俊 张乐福 马天勇 于 2020-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于高含气率的多级气液混输泵,包括沿竖直方向设置的泵轴,泵轴的外部同轴套接有泵壳,沿泵轴的长度方向依次间隔设有若干级导流壳,每个导流壳内同轴安装有叶轮,泵壳的进口处设有进口螺纹泵盖,进口螺纹泵盖连接通过三通管连接进水连接管；泵壳的出口处设有出口螺纹泵盖,出口螺纹泵盖连接出口连接管；泵轴一端通过花键联轴器B与轴承箱的中心轴连接。本发明在高含气率工况下可安全高效运行且易于加工和安装,解决了高含气率工况下混输泵运行增压能力低的问题。(The invention discloses a multistage gas-liquid mixed transportation pump suitable for high gas content, which comprises a pump shaft arranged along the vertical direction, wherein a pump shell is coaxially sleeved outside the pump shaft, a plurality of stages of diversion shells are sequentially arranged along the length direction of the pump shaft at intervals, an impeller is coaxially arranged in each diversion shell, an inlet threaded pump cover is arranged at the inlet of the pump shell, and the inlet threaded pump cover is connected with a water inlet connecting pipe through a three-way pipe; an outlet threaded pump cover is arranged at the outlet of the pump shell and connected with an outlet connecting pipe; one end of the pump shaft is connected with the central shaft of the bearing box through a spline coupling B. The invention can safely and efficiently operate under the working condition of high gas content, is easy to process and install, and solves the problem of low operation pressurization capacity of the mixing transportation pump under the working condition of high gas content.)
技术领域
本发明属于流体机械及工程设备技术领域，涉及一种适用于高含气率的多级气液混输泵。
背景技术
泵作为国民经济建设中应用最为广泛的设备，其在石油化工、水利工程、城市建设、冶金、运输、海洋工程以及航天和核动力等领域得到广泛应用。气液两相流在各行各业中屡见不鲜，因此气液两相混输泵应运而生，随着国家工业化进程不断深入，对油、气等矿产资源的需求与日俱增，而在化工流程中输送的液相和天然气是典型的泵送气液两相流方面的实际工程。
气液两相混输技术研究的是将气液混合介质一起输送至指定场地或位置的同时，而保证混输泵高效稳定运行的技术。最典型的就是深海油气资源的采集和输送，气液混输泵是气液混合输送技术的核心设备之一。由于其输送的两相甚至三相混合介质，故而对其性能和寿命都提出了更高的要求。
为了将混合介质输送的更远，气液混输泵一般都是多级的，这既能增加扬程也能提高整体水力效率。混输泵按照工作原理分为透平式多相混输泵和容积式多相混输泵。在众多的多相混输泵中，目前研究最多且生产实际中应用较多的是气液两相混输泵。虽然多级离心式气液混输泵以其比单级泵具有更高的扬程，比活塞泵、隔膜泵、螺杆泵等具有更大的流量，而且运行安全平稳、噪音低、寿命久、安装维修方便等优点，广泛应用在石油化工、电力和城市供水等多个领域，但是其在高含气率下的效率和增压能力将大大减弱。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高含气率的多级气液混输泵，该混输泵在高含气率工况下可安全高效运行且易于加工和安装，解决了高含气率工况下混输泵运行增压能力低的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种适用于高含气率的多级气液混输泵，包括沿竖直方向设置的泵轴，泵轴的外部同轴套接有泵壳，沿泵轴的长度方向依次间隔设有若干级导流壳，每个导流壳内同轴安装有叶轮，泵壳的进口处设有进口螺纹泵盖，进口螺纹泵盖连接通过三通管连接进水连接管；泵壳的出口处设有出口螺纹泵盖，出口螺纹泵盖连接出口连接管；泵轴一端通过花键联轴器B与轴承箱的中心轴连接。
本发明的特点还在于；
泵壳的进口端与进口螺纹泵盖之间设有泵进口过渡段。
导流壳与泵轴的连接处分别设有上滑动轴承和下滑动轴承。
花键联轴器B设置在三通管内，三通管的端口一与进口螺纹泵盖通过六角连接螺栓组件B连接；三通管的端口二与轴承箱固定组件通过六角连接螺栓组件C连接；三通管的端口三连接有进水连接管。
若干级导流壳均卡合于泵壳内壁上，且导流壳外壁上设有卡槽，卡槽内安装有O型密封圈。
叶轮与泵轴采用键实现固定连接。
叶轮有四个叶片，叶轮的后轮盖上在靠近每个叶片头部附近设置有三个孔径不等的轴向力平衡孔。
导流壳外壁处还设置有环形测压孔A，在泵壳上与导流壳对应的位置处开设测压孔B。
本发明的有益效果是，本发明通过适用于高含气率多级混输泵的叶轮和导流壳作用，一定程度上改善了气液两相流场内的气相分布，由于叶轮叶片少，流道过流面积大，在高含气率运行时，减小了气象阻塞流道风险，同时叶轮的转动可以将大的气团打散，使其不至于聚集成团，提高了叶轮叶片抗空化能力，也改善了进入后续离心式混输泵气液两相介质的气相体积分布，有效提高了混输泵的增压能力。此外，将轴承箱与泵体分开布置的结构设计，大大改善了混输泵内部的流态，提高了运行稳定性，同时简化了安装和检修过程，缩短了检修周期，也提高了混输泵的水力效率。
附图说明
图1是本发明一种适用于高含气率的多级气液混输泵的结构示意图；
图2是本发明一种适用于高含气率的多级气液混输泵中叶轮的结构示意图；
图3是本发明一种适用于高含气率的多级气液混输泵中叶轮的立体图；
图4是本发明一种适用于高含气率的多级气液混输泵中导流壳的结构示意图；
图5是本发明一种适用于高含气率的多级气液混输泵中导流壳的立体图。
图中，1.叶轮，2.导流壳，3.上滑动轴承，4.下滑动轴承，5.键，6.泵轴，7.止推套，8.进口螺纹泵盖，9.泵壳，10.末级导流壳，11.出口段套筒，12.弹簧挡圈，13.出口螺纹泵盖，14.六角连接螺栓组件A，17.出口连接管，18.花键联轴器A，19.六角连接螺栓组件B，22.花键联轴器B，23.三通管，24.进水连接管，25.六角连接螺栓组件C，28.轴承箱固定组件，40.泵进口过渡段，41.机械密封，42.甩水环，43.中心轴，44.轴承箱，45.平衡孔，46.叶片，47.侧压孔A，48.导叶片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种适用于高含气率的多级气液混输泵，如图1所示，包括沿竖直方向设置的泵轴6，泵轴6的外部同轴套接有泵壳9，沿泵轴6的长度方向依次间隔设有若干级导流壳2，每个导流壳2内同轴安装有叶轮1，泵壳9的进口处设有进口螺纹泵盖8，泵壳9的出口处设有出口螺纹泵盖13。导流壳2同轴套接在泵轴6上。
泵壳9的进口端与进口螺纹泵盖8之间设有泵进口过渡段40；
叶轮1与泵轴6采用键5实现固定连接；
导流壳2与泵轴6的连接处分别设有上滑动轴承3和下滑动轴承4，导流壳2通过上滑动导轴承3和下滑动导轴承4与泵轴6实现转动部件与静止部件之间连接。
进口泵盖8和出口泵盖13与泵壳9采用螺纹连接，通过螺纹压紧各级导流壳2达到固定的作用；
泵轴6一端通过花键联轴器B22与轴承箱44的中心轴43连接，轴承箱44通过轴承箱固定组件28与三通管23连接。
泵轴6的另一端连接花键联轴器A18。
花键联轴器B22设置在三通管23内，三通管23的端口一与进口螺纹泵盖8通过六角连接螺栓组件B19连接；三通管23的端口二与轴承箱固定组件28通过六角连接螺栓组件C25连接；三通管23的端口三连接有进水连接管24。
泵轴6与轴承箱44的中心轴43的连接处设有止推套7。
泵轴6的出口端设有出口段套筒11。
出口螺纹泵盖13通过六角连接螺栓组件A14连接出口连接管17。
轴承箱44的中心轴43与电机输出轴固定连接，中心轴43上依次同轴套接有机械密封41和甩水环42。机械密封41靠近进水连接管24设置。
若干级导流壳2均卡合于泵壳9内壁上，且导流壳2外壁上设有卡槽，卡槽内安装有O型密封圈，同时在泵轴6上设有上滑动轴承3和下滑动轴承4，保证滑动连接，这既保证了泵运行中泵壳9不会发生转动，O型密封圈也阻隔了上下级泵之间的流量流动。相邻的两个导流壳2之间相互卡接，通过进口螺纹泵盖8和出口螺纹泵盖13对导流壳2的作用，压紧每一级导流壳。
泵轴6上位于进口螺纹泵盖8和出口泵盖13之间沿轴向依次均匀套接有15级静止的导流壳2，15级导流壳2均卡合于泵壳9内壁且与泵轴6之间，且均滑动连接，位于泵壳9两端的导流壳2分别抵于进口螺纹泵盖8和出口螺纹泵盖13上，相邻的导流壳2之间相互卡接，每个导流壳2靠近进口螺纹泵盖8的一端均配合设置有与泵轴6固定套接的叶轮1，叶轮1的轮盘与泵轴6之间均为键连接，泵轴6的进、出口端上沿周向开设有凹槽，凹槽内配合有止推环和弹簧挡圈12。
叶轮1的结构如图2、3所示，叶轮1有四个叶片46，叶轮1的后轮盖上在靠近每个叶片46头部附近设置有三个孔径不等的轴向力平衡孔45，一方面减小多级混输泵运行中的轴向力，增加轴承箱使用寿命，另一方面在气液两相流工况运行时可以改善流道内的气体聚集。
导流壳2的结构如图4、5所示，导流壳2内为7个导叶片48，导流壳2外壁处还设置有环形测压孔A47，在泵壳9上对应位置开设测压孔B，可以实现各级泵增压能力实时监测。
叶轮1和导流壳2均设置有15级，叶轮1减少了叶片数量，增大了叶片包角，减小流道长度，增大了过流面积，同时叶轮1出口与导流壳2进口更加贴近。叶轮1叶片头部附近增加了轴向力平衡孔数量，并且孔径不同，更大限度的减弱了多级混输泵轴向力，也改善了流道内气相聚集程度。
导流壳2缩短了了导叶片长度和减少数量，同时减小了进出口直径比，在导流壳2入口避免上开设测压孔，对转动部件和静止部件过渡段的压力进行检测。
中心轴43伸出于轴承箱44的位置设置有支架衬套，泵轴6穿过进水连接管24的位置设置有入口轴承衬套，泵轴6穿过出口连接管17的位置设置有出口轴承衬套。进口螺纹泵盖8与进水连接管24之间、出口螺纹泵盖13与出口连接管17之间、各级导流壳2与泵壳9之间均设置有O型密封圈。
本发明一种适用于高含气率的多级气液混输泵的工作原理为，气液混输泵工作时，混合介质通过三通管23和进水连接管24经过进口螺纹泵盖8进入到泵壳9内，之后流过泵进口过渡段40进入到首级叶轮1的轮盖内，在叶轮1的旋转作用下，混合介质沿叶轮1的轮盖斜向流入导流壳2内，在导流壳2内将液体的动能转化为静压力能，依次经过15级叶轮1(本发明以15级叶轮为例，实际应用时根据具体情况设计叶轮的级数)和导流壳2后由末级导流壳10(末级导流壳10特指靠近泵壳9出口的导流壳2)通过出口螺纹泵盖13导出到出口连接管17内。
本发明的叶轮1的叶片和导流壳2的导叶片数量减小，包角增大，同时均采用圆弧叶片，使混输泵在高含气率工况下仍能达到较高的运行效率，同时叶轮1叶片旋转打碎高含气率工况下较大的气团，使流道内不发生气相聚集堵塞，也使得混输泵运行效率提高。
此外，本发明设计的叶轮1和导流壳2使流动介质在整个流道内更加光顺的通过，没有大的流向改变，也无较大的空腔和凸台，同时实现了通过一个导流壳2即可实现流体在流道内的流向变化，并且保证流体进入下一级转轮时有较小的湍流流态；
本发明采用15级叶轮1和导流壳2是在保证流态稳定的情况下，尽可能的将高含气率下的较大的气团打碎，并提供一定的增压，改善进入后续常规混输泵入口处的流体流态降低相对含气率。
泵进口过渡段40和末级导流壳10的设置使整个流道流畅，无较大的空腔或凸台，减少流动损失，实现平稳过流的作用；甩水环42的设置可以防止由泵入口机械密封41渗出的工作介质进入轴承箱44内，与泵入口机械密封41配合使用起到保护作用。
本发明一种适用于高含气率的多级气液混输泵在高含气率工况下能够满足高效稳定运行，叶轮和导流壳，一方面减少了叶片数量，增加了过流面积，另一方面叶轮旋转打碎了流道内较大的气团。采用多级设计，一方面为气液混合介质提供一定增压，另一方面可以满足远距离输送，能够保证40含气率下，达到较高的效率，效率达到60％以上，每级导流壳2均安装径向导轴承，并在其外侧设置有O型密封圈和环形测压孔，保证了导流壳在泵壳内不发生转动和轴向移动。
本发明改善了传统离行式混输泵效率低，流道易发生气相堵塞的问题，降低了气相相对体积占比率，提高了生产效率，结构上改善了转动部件和静止部件之间的连接形式，是的流道更加平顺，满足了实际工程需求，运行稳定。叶轮1上增加了周向力平衡孔的数量和孔径，这种设计可适用于更多级的气液混输泵的运行，可以实现更远距离的气液混输。
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