一种提升离心式深井泵扫舱能力的复合式扫舱叶轮
阅读说明：本技术 一种提升离心式深井泵扫舱能力的复合式扫舱叶轮 (Combined type sweeping cabin impeller for improving sweeping cabin capacity of centrifugal deep well pump ) 是由 付国涛 陈九慧 洪武平 陈光亮 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种提升离心式深井泵扫舱能力的复合式扫舱叶轮,该复合式扫舱叶轮包括离心叶轮和轴流式前置流体处理器；所述离心叶轮为闭式叶轮,包括前盖板、离心叶片和后盖板；所述轴流式前置流体处理器位于所述离心叶轮入口侧和深井泵的吸入喇叭口之间,且固定连接在所述离心叶轮上；所述轴流式前置流体处理器为闭式导轮结构,包括若干个螺旋叶片,以及固定所述螺旋叶片的固定外圈。本发明的复合式扫舱叶轮在低液位条件下抽吸能力强、扫舱效果好。(The invention discloses a combined type stripping impeller for improving the stripping capability of a centrifugal deep well pump, which comprises a centrifugal impeller and an axial flow type preposed fluid processor; the centrifugal impeller is a closed impeller and comprises a front cover plate, centrifugal blades and a rear cover plate; the axial flow type preposed fluid processor is positioned between the inlet side of the centrifugal impeller and the suction bell mouth of the deep-well pump and is fixedly connected to the centrifugal impeller; the axial flow type preposed fluid processor is of a closed guide wheel structure and comprises a plurality of helical blades and a fixed outer ring for fixing the helical blades. The composite type cabin sweeping impeller has strong suction capacity and good cabin sweeping effect under the condition of low liquid level.)
技术领域
本发明涉及油品储运领域，具体涉及一种提升离心式深井泵扫舱能力的复合式扫舱叶轮。
背景技术
随着全球对环境保护意识的增强，根据国际海洋公约的要求，海洋运输当中，液货船对卸货后舱内液体残余量的要求越来越高。特别对于危险化学品船，尽量减小卸货后的舱内残余量是其追求的最重要的目标之一。目前，液货船通常都采用液货泵进行卸货，由于各种类型的泵自身工作原理所限，都无法直接将货舱内液货完全抽吸干净，会不可避免地出现液货残留。因此，如何尽可能地提升液货泵的扫舱能力、减小液货残余量是油品储运领域努力追求的目标，通过选用合适的液货泵类型或提出新型的液货泵结构来达到减少液货残余量这是最主要的技术手段之一。
滑片泵通常被认为是一种扫舱能力强的液货泵泵型，以滑片泵为货油泵的情况下，卸油工艺简单，仅采用一台滑片泵进行引油、卸油和扫舱作业。但是，滑片泵的流量相对较小，并且工作过程中滑片磨损量较大，需要经常更换，无故障运行周期短、维修费用高。特别在危险化学品运输的场合，滑片泵往往难以使用。相比较而言，离心泵的流量大、结构简单、运行可靠性高，使用和维修成本相对低，因此离心泵是船用货油泵的最佳选择，离心式深井泵更是危险化学品船运的最佳选择。
在利用深井泵将船舶货舱内液货排出的过程中，需要经过深井泵直接泵送排出和深井泵排出管内液货的汽提排出这两个过程。在汽提方式排出深井泵排出管内残留液货的过程中，泵腔(叶轮和蜗壳)需维持住一定的排出压力，以保证深井泵排出管底部气体不从泵腔侧泄漏，因此保证足够的气压使液货能够成功被汽提。而泵腔排出压力在确定的转速下很大程度上取决于泵入口的压力和介质条件，在要求液货残余量尽量小的应用需求下，残留液货的液位被降到尽量低，并且极易吸入空气而形成气液混合物。由于离心泵对入口吸入气体敏感，其增压和输送能力会因入口气含量的上升而急剧下降，被认为其缺乏含气输送能力，使常规的离心式深井泵在低液位下难以在泵腔出口维持足够的压力，而必须在残留液货较多情况下进行汽提操作，因此其扫舱能力明显不足。
鉴于离心式深井泵等离心式货油泵具有大流量、长周期可靠运行能力，而且特别适合于危险化学品输送，因此在保证离心式泵优势的前提下又具有强扫舱能力是液货船货油泵所追求的目标。通常，人们为了提升离心泵的汽蚀性能或吸入性能，容易想到采用离心叶轮前增设诱导轮结构的方式，但无论是分体式诱导轮还是和叶轮一体化结构的诱导轮，其基本原理是通过从诱导轮入口到出口的缓慢增压来避免增压过程中产生空化或汽蚀，同时由于诱导轮的增压而避免离心叶轮内部的空化或汽蚀，这种增压方式和原理虽能提升离心泵汽蚀性能和吸入性能，但难以提升低液位情况下的抽吸输送能力以及汽提条件下的增压能力，即在同时存在低入口压力和关死点条件下保持强的增压能力。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种提升离心式深井泵扫舱能力的复合式扫舱叶轮，该叶轮能够保证离心式深井泵保证大流量、长周期可靠运行的前提下又具有强扫舱能力。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：
一种提升离心式深井泵扫舱能力的复合式扫舱叶轮，该复合式扫舱叶轮包括离心叶轮和轴流式前置流体处理器；
所述离心叶轮为闭式叶轮，包括前盖板、离心叶片和后盖板；
所述轴流式前置流体处理器位于所述离心叶轮入口侧和深井泵的吸入喇叭口之间，且固定连接在所述离心叶轮上；所述轴流式前置流体处理器为闭式导轮结构，包括若干个螺旋叶片，以及固定所述螺旋叶片的固定外圈。
进一步地，所述轴流式前置流体处理器的叶片弯曲的方向与所述离心叶轮的叶片弯曲方向相反，两者投影呈X形。
进一步地，所述离心叶轮的前盖板沿流体吸入的反方向延伸出带有内螺纹的固定内圈，所述轴流式前置流体处理器的固定外圈外部设置外螺纹，所述轴流式前置流体处理器通过所述外螺纹和内螺纹咬合固定连接在所述离心叶轮上。
一种扫舱泵，该扫舱泵包括上述的叶轮、连接在泵出口的液体排出管、气体扫舱管，以及分别设置在液体排出管、气体扫舱管上的液体排出管阀和气体控制阀，且所述气体扫舱管与所述液体排出管的底端连通；当处于低液货残留条件下时，所述叶轮持续转动输送气液两相介质，并维持一定的压力；通过气体扫舱管通入空气，将液体排出管中的残留液体排出。
本发明的有益效果如下：
本发明的复合式扫舱叶轮，在离心叶轮入口段增加具有强气液混合增压能力的轴流式前置流体处理器，通过流体处理器内的多螺旋结构实现低入口压力、高气含量下，将气液两相介质送入离心叶轮入口，并且保证气液两相介质在进入离心叶轮前混合均匀，从而保证离心式叶轮在低液位含气输送条件下的增压能力，大幅增强离心式深井泵的扫舱能力。采用该叶轮的扫舱泵实际测试和应用结果表明，该复合式扫舱泵叶轮能够大幅提升离心泵在低液位含气输送条件下的增压能力，该复合式扫舱叶轮的使用可使液货残余量降低到公约要求的60％。
附图说明
图1为安装复合式扫舱叶轮的离心式深井泵的结构示意图；
图2为螺纹连接式复合式扫舱叶轮结构示意图；
图3为嵌套焊接式复合式扫舱叶轮结构示意图；
图4为复合式扫舱叶轮内部结构示意图；
其中，电机1、复合式叶轮2、吸入喇叭口3、泵体出口4、液货5、吸油井6、液体排出管7、气体扫舱管8、气体控制阀9、液体排出管阀10、离心叶轮21、轴流式前置流体处理器22、211、离心叶片212、后盖板213、固定内圈214、螺旋叶片221、固定外圈222。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，安装复合式扫舱叶轮的离心式深井泵包括电机1、复合式叶轮2、吸入喇叭口3、泵体出口4、液体排出管7、气体扫舱管8、气体控制阀9、液体排出管阀10。
其中，复合式叶轮2固定在电机1的转动轴上，由电机1带动其旋转。
如图2～4所示，复合式叶轮2包括离心叶轮21和轴流式前置流体处理器22。其中，离心叶轮21为闭式叶轮，包括前盖板211、离心叶片212和后盖板213。
轴流式前置流体处理器22位于离心叶轮21的入口侧和深井泵的吸入喇叭口3之间，且固定连接在离心叶轮21上。轴流式前置流体处理器2为闭式导轮结构，包括若干个螺旋叶片221，以及固定所述螺旋叶片的固定外圈222。
如图2所示，作为其中一种实施方式，离心叶轮21和轴流式前置流体处理器22的连接方式为螺纹连接，即离心叶轮21的前盖板211沿流体吸入的反方向延伸出带有内螺纹的固定内圈214，轴流式前置流体处理器22的固定外圈222外部设置外螺纹，轴流式前置流体处理器22通过外螺纹和内螺纹咬合固定连接在离心叶轮21上。
如图3所示，作为另一种实施方式，离心叶轮21和轴流式前置流体处理器22的连接方式为嵌套焊接式，即轴流式前置流体处理器22的固定外圈222和离心叶轮21的固定内圈214同心嵌套，在固定外圈222露出部分与离心叶轮21焊接。两种连接方式均大大降低了加工难度。且在连接时，需保证同心度以避免产生不平衡力，采用间隙配合，确定轴流式前置流体处理器22的轴向位置后进行连接，保证连接强度。
本发明的离心式深井泵，首先保证在离心叶轮21尽可能地靠近舱底的前提下，通过在入口段增加具有强气液混合输送能力以及在近关死点有强增压能力的轴流式前置流体处理器22来提升离心式货油泵扫舱能力，且轴流式前置流体处理器22轴向长度较短，保证整个叶轮结构紧凑，不会导致离心叶轮的中心升高。轴流式前置流体处理器内部采用多个螺旋叶片，实现在高气含量状态下将气液两相介质混合均匀并送入离心叶轮21入口，并实现近关死点的强增压能力，从而使离心式深井泵能够在极低的液货残留液位条件下具有两相输送能力且维持足够的出口压力，保证深井泵出口管的残留液货能被顺利采用汽提方式排出，大幅增强离心式货油泵的扫舱能力。且不需要增加额外的辅助装置，大大简化扫舱系统，可有效节约安装空间。
本发明的离心式深井泵的工作原理如下：
在正常液位下，电机1通过长轴带动离心叶轮21和轴流式前置流体处理器22转动，吸油井6中的液货5通过入口喇叭口3被吸入，然后先经过轴流式前置流体处理器22的导流和升压，再经过离心叶轮21的升压，通过液体排出管7输出。
在低液货残留条件下，离心叶轮21和轴流式前置流体处理器22继续转动，液货和部分气体首先经轴流式前置流体处理器22混合均匀，形成气液两相介质，然后进入离心叶轮21。离心叶轮21和轴流式前置流体处理器22的持续转动，保证复合式叶轮2保持一定的压力，实现近关死点的强增压能力。同时，气体扫舱管8的一端与液体排出管7的底部连接，通过气体扫舱管8通入空气，将液体排出管7中的残留液体排出。气体控制阀9和液体排出管阀10分别位于气体扫舱管8和液体排出管7上，分别用于调节气体和液体的流量。
为了提升气液混合输送与小流量增压能力，轴流式前置流体处理器22的叶片弯曲的方向与离心叶轮21的叶片弯曲方向相反，两者投影呈X形。
实验结果表明，采用本发明的离心式深井泵进行扫舱，舱内液货残余量远远小于国际公约的要求，残余量是国际公约要求的60％，达到超级扫舱的效果。
该复合式扫舱泵叶轮结构可广泛应用于包括离心式深井泵在内的各种离心式货油泵。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。