叶片式气液混输泵的试验研究

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1、http://www.paper.edu.cn叶片式气液混输泵的试验研究[1][1][2][1][1]曹树良余志毅王国玉赵令家刘文鹏[1]（清华大学热能工程系）[2]（北京理工大学车辆与交通工程学院）摘要：叶片式气液多相混输泵应同时兼备泵与压缩机两种流体机械的性能，因此在设计上有相当的难度，探索性很强。目前国内关于该领域的研究才处于刚刚起步的阶段。本文报导了清华大学近年在叶片式气液混输泵方面的相关试验研究成果。结果表明，目前的研发成果可以满足一定气体含量的气液混输要求。关键词：外特性叶片式气液混输泵含气

2、量试验研究平，同时混输叶片泵对于固体颗粒的敏感程度也0前言远远低于容积泵。因此，该泵型有广阔的实际应随着海洋石油和边远油田的开采，气液多相用前景。混输技术由于其显著的经济效益而受到世界各大石油公司的高度重视。作为气液多相混输技术的关键设备，叶片式气液多相混输泵的研发成为人们关注的热点。近年来，国外在混输泵的研究上投入了相当的人力和物力，取得了一定的成绩[1]-[5]。而在我国，叶片式混输泵的研究才刚刚起步。由于要求叶片式混输泵同时兼备泵与压缩机两种流体机械的性能，因此在设计上有相当的难度，探索性很强。近

3、年来，清华大学在该领域做了大量的研发工作，本文报导了相关的试验研究成果。图1叶片式气液混输泵叶轮－整流器单元1基本原理2试验设备和方法图1为清华大学试制的叶片式气液多相混输试验装置如图2所示。为测量多相混输泵的泵单元级示意图。根据设计要求，混输泵由若干外特性，采用清水和空气的混合物作为试验介质。个单元级组成，每个单元级包括一个叶轮和一个空气由压缩机、储气罐提供，水由水箱提供，两整流器。螺旋形的叶轮和整流器强迫输送介质沿1.水箱轴向运动，而且有效地防止气液两相介质在流道2.进口阀门3.涡轮流量计内分离形成

4、气堵。其工作原理为：当输送介质进4.进口压力表5.气液混掺器入叶轮后，由于叶轮的旋转，介质被加速获得动6.气液混输泵7.扭矩仪能；而当加速的介质通过整流器时，速度减小，108.电机99.出口压力表动能被转化为压能，从而输送介质每通过一个单10.出口阀门元级，便增加一部分能量。显然压力的增加并不是由单元级体积的变化所引起，而是由能量的传递和转化实现的。这正是叶片泵与容积泵的根本12345768区别。与容积泵比较，多相混输叶片泵的叶轮和泵壳的加工制造并不要求非常精密的制造工艺水图2混输泵试验装置1转载中国科

5、技论文在线http://www.paper.edu.cn者在泵进口前的混掺器5中进行混合以得到不同3.2不同含气量时泵的外特性(n=1500rpm)含气量的混合介质。试验中混合介质中的水由混3.2.1相同液体流量下，不同含气量时泵的特性输泵本身经过开式水箱构成循环系统，而掺入的曲线气体则通过开式水箱自动分离而排入大气。图4～图8分别给出了不同液相流量系数φ试验中水的流量由涡轮流量计3测量，气体时，泵的扬程系数ψ、功率N、效率η随气液混的流量由装在气体管路中的浮子流量计测量。泵合物的流量系数ϕ的变化规律。

6、由图可见：的进出口压力分别由压力计4和9测量。泵的轴(1)当液相流量系数φ较小时（见图4、图5），功率通过扭矩仪7测量。泵转速设定在1500rpm，随着含气量的上升，扬程系数ψ迅速下降。ψ～ϕ由转速测量仪监控。特性曲线呈明显的上凹曲线；反之，当液相流量系数φ较大时，ψ～ϕ特性曲线呈明显的上凸曲3试验结果及讨论线；在φ=0.081时，随总流量上升，扬程基本上为了比较各种工况下泵性能的变化，分别定呈线性下降，其关系式可近似为：义流量系数、扬程系数和气体的体积含量如下：ψ=−+24.55ϕ3.76（4）φ=v

7、u/(2)对于给定的液相流量系数φ，随着含气量流量系数：（1）m222的上升，轴功率N明显下降。这可能与混合介质扬程系数：ψ=gHu/（2）2密度的变化有关，但总体上比较平稳，即流量变气体体积含量：GVF=+Q/(QQ)100%×(3)ggw化时原动机功率变化不大，这对混输泵的运行是式中：v为泵叶轮出口的平均轴向速度；u为泵m22比较有利的。叶轮轮缘的切向速度；H为泵的水头；Q为泵的(3)泵的最优效率点约在液相流量系数流量；下标g代表气体，w代表水。φ=0.081，总流量系数ϕ=0.096处，最大效率值

8、3.1纯水工况下泵的外特性(n=1500rpm)达44.0％，较纯水工况高2.7%，比国外有关报导在纯水工况下泵的扬程系数ψ，效率η和轴高6％[3]。值得注意的是：在最优效率点，液相流功率N随流量系数φ的变化规律如图3所示。总量系数φ=0.081小于纯水工况时的φ=0.094，而的来看，泵的外特性类似于轴流泵，但在小流量总流量系数ϕ=0.096又大于纯水工况时的工况没有明显的“驼峰”现象，H~Q特性曲线呈φ=0.094。因此对叶片式气液混输