一種自平衡軸流式油氣混輸泵及其控制系統的製作方法

2023-10-24 06:26:57 2

專利名稱：一種自平衡軸流式油氣混輸泵及其控制系統的製作方法
技術領域：
本發明為一種輸送石油、天然氣或其它氣、液兩相流泵，對含有不超過209的沙粒，仍可輸送。
背景技術：
現有氣液兩相離心泵，最大含氣率僅為30％螺杆泵等容積式泵，其流量有限，且對泥沙十分敏感，容易磨損，導致壓力急劇下降。
有一種葉片式氣液因多相混輸泵，可輸送大流量、含固體的多相流體，但真採用大包角，長葉片螺旋形葉輪和等長密布導葉，摩擦損失較大，效率較低，另外結構上尚不能完全滿足油田的實際運行工況。

發明內容
本發明是一種自平衡軸流式油氣混輸泵及其控制系統，包括吸入室、增壓室、葉輪、導輪、壓水室、機械密封和轉軸，本發明前後對稱布置有前段吸入室、前段增壓室、前段葉輪、前段導輪、前段壓水室、後段增壓室、後段葉輪、後段導輪、後段壓水室、後段吸入室，前後段間用一連接管連接，葉輪和導輪組成增壓級，葉輪為軸流槳葉式葉片，葉片包角Φ＝30°∽148°，葉片數8∽20個；導輪採用空間扭曲徑向轉軸向葉片，且葉片為長短間隔搭配，長短葉片各3∽19個，前段增壓級和後段增壓級反方向布置，其幾何尺寸可以是相等的或後段過流斷面小於前段的過流斷面；前後段吸入室均為圓弧擴展型半螺旋吸入室，機械密封和軸承布置在流道外面；前段壓水室與後段壓水室置於一體，出流方向相差90°∽270°，沿軸同背靠背布置；其控制系統由聯軸器、電機、壓力功率控制電路組成，其中聯軸器與電機聯接，電機外接一壓力功率控制電路；在泵的兩端設有兩個壓力自循環潤滑雙端面機械密封，轉動部分裝有螺旋泵葉，推動密封液由進液口端流向取液口，再由畢託管式集油管將油液引入蛇形管冷卻後，進入蓄能儲罐中，經回油管再流回密封腔，反覆循環。
本發明控制系統中的壓力功率控制電路是由溫度變送器、變頻器、功率調節器、運算放大器、功率變送器組成，功率變送器、測量電機的功率因數COSΦ、電壓U和電流I，得到電機功率Nf，送入運算放大器，與給定功率值Ng比較，產生ΔN，經功率調節器產生控制信號，通過變頻器調節電機的轉速，控制電機的功率，限制轉軸的扭矩變化幅值，控制泵的出口壓力。溫度變送器測量軸承的溫度，當溫度超過警戒值時發出報警信號，當溫度超過臨界值時，發出關閉電機信號。


圖1是本發明的裝配簡圖，圖2是本發明的葉輪結構示意圖，圖3是本發明的導輪結構示意圖，圖4a是本發明的前後段吸入室的正向結構示意圖，圖4b是前後段吸入室的側向結構示意圖，圖5a是前段壓水室與後段壓水室的側向結構示意圖，圖5b是前段壓水室與後段壓水室的正向結構示意圖，圖6是本發明的自循環潤滑雙端面機械密封油液迴路圖，圖7是本發明的控制系統的電路框圖。
具體實現方式如圖1所示，為本發明的泵的裝配簡圖，它包括吸入室1、增壓室2、葉輪3、導輪4、壓水室5、機械密封11和轉軸12，前後對稱布置前段吸入室1、前段增壓室2、前段葉輪3、前段導輪4、前段壓水室5、後段增壓室6、後段葉輪7、後段導輪8、後段壓水室5′、後段吸入室9、連接管10、葉輪和導輪組成增壓級。如圖2所示，葉輪3為軸流槳葉式葉片，葉片包角Φ＝30°∽148°，葉片數8∽20個。如圖3所示，導輪4採用空間扭曲徑向轉軸向葉片，且葉片為長短間隔搭配，長短葉片各3∽19個。如圖4a、b所示，前段增壓級和後段增壓級反方向布置，其幾何尺寸可以是相等的或後段過流斷面小於前段的過流斷面。前後段吸入室為圓弧擴展型半螺旋吸入室，機械密封和軸承布置在流道外面。如圖5a、b所示，前段壓水室5與後段壓水室5′置於一體，出流方向相差90°∽270°，沿軸同背靠背布置。
如圖6所示，為本發明的自循環潤滑雙端面機械密封油液迴路，11-1是靜環，11-2是動環，轉動部分裝有螺旋泵葉11-3，推動密封液由進液口17-2端流向取液口15-1，再由畢託管式集油管15-2將油液引入蛇形管15-3冷卻後，流入蓄能儲罐16中，經回油管17-1再流回密封腔，反覆循環。
如圖7所示，本發明的控制系統是由聯軸器13、電機14、壓力功率控制電路18組成，其中聯軸器13與電機14聯接，電機14外接一壓力功率控制電路18。壓力功率控制電路18是由溫度變送器18-1、變頻器18-2、功率調節器18-3、運算放大器18-4、功率變送器18-5組成，功率變送器18-5測量電機14的功率因數COSΦ、電壓U和電流I，得到電機功率Nf，送入運算放大器18-4，與給定功率值Ng比較，產生ΔN，經功率調節器18-3產生控制信號，通過變頻器18-2調節電機14的轉速，控制電機的功率，限制轉軸12的扭矩變化的幅值，控制泵的出口壓力。溫度變送器18-1測量軸承的溫度，當溫度超過警戒值時發出報警信號，當溫度超過臨界值時，發出關閉電機信號。
本發明的前段增壓級和後段增壓級反方向布置，可以平衡軸向力，其幾何尺寸可以是相等的，也可以採用後段過流斷面小於前段。前後段吸入室採用弧擴展型半螺旋吸入室，使葉輪進口流速均勻。機械密封和軸承可以布置到流道外面，便於安裝、調整和檢修。
前段壓水室5與後段壓水室5′置於一體，出流方向相差90°～270°，沿軸向背靠背布置。總體採用準對稱結構，以兩級壓水室背分線為基準，前、後段增壓級、吸入室及軸承基本對稱布置；總體採用軸向剖分結構，前、後段增壓級，可根據增壓需要設置多個，前後段含級數可以相同，也可不相同(當增壓級尺寸不對稱時)。
介質由前段吸入室1吸入，通過半螺旋型吸入室，將流體介質由切向方向引入，轉為環狀流動均勻地輸至葉輪3，經葉輪3獲得壓能和動能後進入導輪4，導輪4是固定不動的，它將介質的旋轉動能轉換為壓力能，並由空間扭曲特殊形狀葉片，使經過葉輪3後所產生的少量氣液分離現象，進行氣液混合。經過數級增壓後，軸向流入蝸形壓水室5前腔並將其引為管流，通過連接管引入後段吸入室9，過程與原理同前段，只是流動方向不同，最後由壓水室5′後腔排出。
兩端設有兩個壓力自循環潤滑雙端面機械密封，轉動部分裝有螺旋泵葉11-3，推動密封液由入口端流向出口端，再由畢託管式集油管將油引入蓄能儲液罐16中，從另一口再流回密封腔，周而復始循環，利用蛇形油管冷卻。蓄能儲液罐壓力高於介質壓力0.05MPa。所有相對運動部件均設耐磨襯套，以提高壽命。轉子外加整體轉子室，將由轉子與導輪組成的增壓級整體封閉起來。
本發明的控制系統的目的是根據含氣量變化自動調節轉速以保持出口壓力的基本穩定。當混輸介質中的含氣量下降時，輸送的油含量則相對增加，混輸介質的比重(重度)增加，電機的功率消耗增加，功率變送器將測得的功率值送入運算放大器與給定值比較，經功率調節器控制變頻器，經變頻器降低電機轉速，保持泵的出口壓力的穩定並限定功率和扭矩的變化幅值。當混輸介質中的含氣量上升時，輸送的油含量則相對減少，混輸介質的比重(重度)降低，電機的功率消耗降低，功率變送器將測得的功率值送入運算放大器與給定值比較，經功率調節器控制變頻器，經變頻器增加電機轉速，保持泵出口壓力的穩定。
權利要求
1.一種自平衡軸流式油氣混輸泵及其控制系統，包括吸入至1、增壓室2、葉輪3、導輪4、壓水室5、機械密封11和轉軸12，本發明的特徵是前後對稱布置有前段吸入室1、前段增壓室2、前段葉輪3、前段導輪4、前段壓水室5、後段增壓室6、後段葉輪7、後段導輪8、後段壓水室5′、後段吸入室9，前後段間用連接管10連接，葉輪和導輪組成增壓級，葉輪為軸流槳葉式葉片，葉片包角Φ＝30°∽148°，葉片數8∽20個；導輪採用空間扭曲徑向轉軸向葉片，且葉片為長短間隔搭配，長短葉片各3∽19個，前段增壓級和後段增壓級反方向布置，其幾何尺寸可以是相等的或後段過流斷面小於前段的過流斷面；前後段吸入室1、9為圓弧擴展型半螺旋吸入室，機械密封和軸承布置在流道外面；前段壓水室5與後段壓水室5′置於一體，出流方向相差90°∽270°，沿軸同背靠背布置；其控制系統由聯軸器13、電機14、壓力功率控制電路18組成，其中聯軸器13與電機14聯接，電機14外接一壓力功率控制電路18；在泵的兩端設有兩個壓力自循環潤滑雙端面機械密封，轉動部分裝有螺旋泵葉11-3，推動密封液由進液口17-2端流向取液口15-1，再由畢託管式集油管15-2將油液引入蛇形管15-3冷卻後，進入蓄能儲罐16中，經回油管17-1再流回密封腔，反覆循環。
2.根據權利要求1所述的自平衡軸流式油氣混輸泵及其控制系統，其特徵是控制系統中的壓力功率控制電路18是由溫度變送器18-1、變頻器18-2、功率調節器18-3、運算放大器18-4、功率變送器18-5組成，功率變送器18-5測量電機14的功率因數COSΦ、電壓U和電流I，得到電機功率Nf，送入運算放大器18-4，與給定功率值Ng比較，產生ΔN，經功率調節器18-3產生控制信號，通過變頻器18-2調節電機14的轉速，控制電機的功率，限制轉軸12的扭矩變化幅值，控制泵的出口壓力。
3.根據權利要求1、2所述的的自平衡軸流式油氣混輸泵及其控制系統，其特徵是溫度變送器18-1測量軸承的溫度，當溫度超過警戒值時發出報警信號，當溫度超過臨界值時，發出關閉電機信號。
全文摘要
本發明是一種自平衡軸流式油氣混輸泵及其控制系統，前後對稱布置有前後段吸入室、前後段增壓室、前後段葉輪、前後段導輪、前後段壓水室，葉輪和導輪組成增壓級，葉輪為軸流槳葉式葉片，葉片包角為30°～148°，葉片數8～20個；導輪採用空間扭曲徑向轉軸向葉片，長短葉片各3～19個，前段壓水室與後段壓水室置於一體，出流方向相差90°～270°，沿軸同背靠背布置；其控制系統由聯軸器、電機、壓力功率控制電路組成，壓力功率控制電路是由溫度變送器、變頻器、功率調節器、運算放大器、功率變送器組成，功率變送器測量電機的功率Nf，送入運算放大器，與給定功率值比較，經功率調節器產生控制信號，通過變頻器調節電機的轉速，控制泵的出口壓力。
文檔編號F04D31/00GK1439812SQ0213948
公開日2003年9月3日 申請日期2002年10月15日 優先權日2002年10月15日
發明者馬希金, 吳蓓, 李劍華, 宋健 申請人:甘肅工業大學