專利名稱：一種軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種輸送石油、天然氣或其它氣、液兩相流泵，當(dāng)含有不超過20％的沙粒時(shí)，仍可輸送油氣介質(zhì)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有氣液兩相離心泵，最大含氣率僅為30％；螺桿泵等容積式泵，其流量有限，且對(duì)泥沙十分敏感，容易磨損，使間隙擴(kuò)大，導(dǎo)致壓力急劇下降。有一種葉片式氣液固多相混輸泵，可輸送大流量、含固體的多相流體，但其采用大包角，長葉片螺旋形葉輪和等長密布導(dǎo)葉，摩擦損失較大，效率較低，另外結(jié)構(gòu)上尚不能完全滿足油田的實(shí)際運(yùn)行工況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)，包括吸入室、混合室、轉(zhuǎn)軸、機(jī)械密封、葉輪、導(dǎo)輪、轉(zhuǎn)子套、轉(zhuǎn)子室、壓水室、推力軸承、軸承架、聯(lián)軸器，本發(fā)明的葉輪為軸流槳葉式對(duì)片，葉片包角Φ＝30°∽148°，葉片數(shù)8∽20個(gè)，導(dǎo)輪采用空間扭曲徑向轉(zhuǎn)軸向葉片，且葉片為長短間隔搭配，長短葉片各3～19個(gè)，葉輪、導(dǎo)輪和轉(zhuǎn)子套構(gòu)成一個(gè)增壓級(jí)，多個(gè)增壓級(jí)沿軸向串聯(lián)，從首級(jí)至末級(jí)，葉輪和導(dǎo)輪輪轂直徑逐漸擴(kuò)大或葉輪、導(dǎo)輪外徑逐漸減小，構(gòu)成從入口到出口的收縮斷面流道，也可采用等斷面流道。吸入室為光滑過渡直通式吸入室，中心彈頭狀內(nèi)腔a是一潤滑油腔，流道中間加3∽6個(gè)起支承和導(dǎo)向作用的導(dǎo)葉，其中一個(gè)導(dǎo)葉為加厚導(dǎo)葉，由一個(gè)機(jī)械密封與吸入室流道彈頭形內(nèi)腔構(gòu)成封閉腔a，由另外兩個(gè)機(jī)械密封及軸承架構(gòu)成封閉腔b，腔a、腔b為壓力油腔，與油泵、進(jìn)油管、回油管、冷卻器、外油箱構(gòu)成壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)，腔內(nèi)壓力高于輸送介質(zhì)壓力0.05MPa；其控制系統(tǒng)由電機(jī)和壓力功率控制電路組成，其中聯(lián)軸器與電機(jī)聯(lián)接，電機(jī)外接一壓力功率控制電路。
根據(jù)以上所述軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)，其推力軸承是一分塊自調(diào)心浸油式推力軸承，其壓水室是從軸向轉(zhuǎn)為徑向的矩形斷面蝸形壓水室。
根據(jù)以上所述的軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)，其特征是控制系統(tǒng)中的壓力功率控制電路是由溫度變送器、變頻器、功率調(diào)節(jié)器、運(yùn)算放大器、功率變送器組成，功率變送器測(cè)量電機(jī)的功率因數(shù)COSΦ、電壓U和電流I，得到電機(jī)功率Nf，送入運(yùn)算放大器，與給定功率值Ng比較，產(chǎn)生ΔN，經(jīng)功率調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制信號(hào)，通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)的功率，限制轉(zhuǎn)軸的扭矩變化幅值，控制泵的出口壓力。溫度變送器測(cè)量軸承的溫度，當(dāng)溫度超過警戒值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)溫度超過臨界值時(shí)，發(fā)出關(guān)閉電機(jī)信號(hào)。


圖1是本發(fā)明泵的裝配簡圖，圖2是葉輪葉片形狀圖，圖3是導(dǎo)輪葉片形狀圖，圖4是吸入室結(jié)構(gòu)剖視圖，圖5是推力軸承的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示，本發(fā)明的軸流式油氣混輸泵包括吸入室1、混合室3、轉(zhuǎn)軸4、機(jī)械密封、葉輪6、導(dǎo)輪7、轉(zhuǎn)子套10、轉(zhuǎn)子室11、壓水室12、推力軸承15、軸承架14、聯(lián)軸器18。
如圖2所示，葉輪6為軸流漿葉或葉片，葉片包角Φ＝30°∽148°，葉片數(shù)8∽20個(gè)。如圖3所示，導(dǎo)輪7為空間扭曲徑向轉(zhuǎn)軸向葉片，且葉片為長短間隔搭配，長短葉片各3～19個(gè)。葉輪、導(dǎo)輪和葉輪室構(gòu)成一個(gè)增壓級(jí)，多個(gè)增壓級(jí)沿軸向串聯(lián)，從首級(jí)至末級(jí)，葉輪和導(dǎo)輪輪毅直徑逐漸擴(kuò)大或葉輪、導(dǎo)輪外徑逐漸減小，構(gòu)成從入口到出口的收縮斷面流道。
如圖4所示，內(nèi)腔為彈頭形流線型流道的直吸式吸入室1。如圖5所示，推力軸承15是分塊自調(diào)心浸油式推力軸承，承受全部軸向力。鏡板用兩個(gè)小圓螺母固定在軸上，六塊瓦以偏心球形接觸面支承，各瓦塊及支承件軸向尺寸相同，以保持各瓦受力均勻。
如圖1所示，本發(fā)明采用密閉腔壓力油循環(huán)潤滑方式，由機(jī)械密封5與吸入室1的流道彈頭形內(nèi)腔構(gòu)成封閉腔a，潤滑一對(duì)向心推力球軸承和機(jī)械密封5的接觸面；由機(jī)械密封13、機(jī)械密封17及軸承架14構(gòu)成封閉腔b，潤滑推力軸承15、圓柱滾子軸承和機(jī)械密封13的接觸面；腔a、腔b為壓力油腔，與油泵2、進(jìn)油管20、回油管16、冷卻器9、外油箱8構(gòu)成壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)，腔內(nèi)壓力高于輸送介質(zhì)壓力0.05MPa，保證沙粒不進(jìn)入機(jī)械密封的接觸面。
如圖1、圖6所示，本發(fā)明的控制系統(tǒng)由電機(jī)19和壓力功率控制電路21組成，其中聯(lián)軸器18與電機(jī)19聯(lián)接，電機(jī)19外接一壓力功率控制電路21。壓力功率控制電路21是由溫度變送器21-1、變頻器21-2、功率調(diào)節(jié)器21-3、運(yùn)算放大器21-4、功率變送器21-5組成，功率變送器21-5測(cè)量電機(jī)19的功率因數(shù)COSΦ、電壓U和電流I，得到電機(jī)功率Nf，送入運(yùn)算放大器21-4，與給定功率值Ng比較，產(chǎn)生ΔN，經(jīng)功率調(diào)節(jié)器21-3產(chǎn)生控制信號(hào)，通過變頻器21-2調(diào)節(jié)電機(jī)19的轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)的功率，限制轉(zhuǎn)軸4的扭矩變化的幅值，控制泵的出口壓力。溫度變送器21-1測(cè)量軸承的溫度，當(dāng)溫度超過警戒值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)溫度超過臨界值時(shí)，發(fā)出關(guān)閉電機(jī)信號(hào)。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)的目的是根據(jù)含氣量變化自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以保持出口壓力的基本穩(wěn)定。當(dāng)混輸介質(zhì)中的含氣量下降時(shí)，輸送的油含量則相對(duì)增加，混輸介質(zhì)的比重(重度)增加，電機(jī)的功率消耗增加，功率變送器將測(cè)得的功率值送入運(yùn)算放大器與給定值比較，經(jīng)功率調(diào)節(jié)器控制變頻器，經(jīng)變頻器降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，保持泵的出口壓力的穩(wěn)定并限定功率和扭矩的變化幅值。當(dāng)混輸介質(zhì)中的含氣量上升時(shí)，輸送的油含量則相對(duì)減少，混輸介質(zhì)的比重(重度)降低，電機(jī)的功率消耗降低，功率變送器將測(cè)得的功率值送入運(yùn)算放大器與給定值比較，經(jīng)功率調(diào)節(jié)器控制變頻器，經(jīng)變頻器增加電機(jī)轉(zhuǎn)速，保持泵出口壓力的穩(wěn)定。
介質(zhì)經(jīng)由直吸式吸入室1吸入，光滑地引入混合室3，混合室3為等斷面流道，設(shè)四個(gè)翼型式導(dǎo)葉，起穩(wěn)流和支撐作用，轂內(nèi)布置機(jī)械密封。介質(zhì)由混合室3流出進(jìn)入葉輪6，經(jīng)葉輪6獲得壓能和動(dòng)能后進(jìn)入導(dǎo)輪7，導(dǎo)輪7是固定不動(dòng)的，它將介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，并由空間扭曲特殊形狀葉片，使經(jīng)過葉輪6后所產(chǎn)生的少量氣液分離現(xiàn)象，進(jìn)行氣液混合，經(jīng)過數(shù)級(jí)增壓后，軸向流入蝸形壓水室12，將介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能后平穩(wěn)地排出。
本發(fā)明可應(yīng)用于近海油田和陸地油田的石油和天然氣的輸送，亦可用于化工、礦山等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)，包括吸入室1、混合室3、轉(zhuǎn)軸4、機(jī)械密封、葉輪6、導(dǎo)輪7、轉(zhuǎn)子套10、轉(zhuǎn)子室11、壓水室12、軸承架14、推力軸承15、聯(lián)軸器18，本發(fā)明的特征是葉輪6為軸流槳葉式葉片，葉片包角Φ＝30°∽1 48°，葉片數(shù)8∽20個(gè)，導(dǎo)輪7采用空間扭曲徑向轉(zhuǎn)軸向葉片，且葉片為長短間隔搭配，長短葉片各3～19個(gè)，葉輪、導(dǎo)輪和轉(zhuǎn)子套構(gòu)成一個(gè)增壓級(jí)，多個(gè)增壓級(jí)沿軸向串聯(lián)，從首級(jí)至末級(jí)，葉輪和導(dǎo)輪輪轂直徑逐漸擴(kuò)大或葉輪、導(dǎo)輪外徑逐漸減小，構(gòu)成從入口到出口的收縮斷面流道，也可采用等斷面流道。吸入室1為光滑過渡直通式吸入室，中心彈頭狀內(nèi)腔a是一潤滑油腔，流道中間加3∽6個(gè)起支承和導(dǎo)向作用的導(dǎo)葉，其中一個(gè)導(dǎo)葉為加厚導(dǎo)葉，由機(jī)械密封5與吸入室流道彈頭形內(nèi)腔構(gòu)成封閉腔a，由機(jī)械密封13、機(jī)械密封17及軸承架14構(gòu)成封閉腔b，腔a、腔b為壓力油腔，與油泵2、進(jìn)油管20、回油管16、冷卻器9、外油箱8構(gòu)成壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)，腔內(nèi)壓力高于輸送介質(zhì)壓力0.05MPa；其控制系統(tǒng)由電機(jī)19和壓力功率控制電路21組成，其中聯(lián)軸器18與電機(jī)19聯(lián)接，電機(jī)19外接一壓力功率控制電路21。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)，其特征是推力軸承15是一分塊自調(diào)心浸油式推力軸承，其壓水室是從軸向轉(zhuǎn)為徑向的矩形斷面蝸形壓水室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)，其特征是控制系統(tǒng)中的壓力功率控制電路21是由溫度變送器21-1、變頻器21-2、功率調(diào)節(jié)器21-3、運(yùn)算放大器21-4、功率變送器21-5組成，功率變送器21-5測(cè)量電機(jī)19的功率因數(shù)COSΦ、電壓U和電流I，得到電機(jī)功率Nf，送入運(yùn)算放大器21-4，與給定功率值Ng比較，產(chǎn)生ΔN，經(jīng)功率調(diào)節(jié)器21-3產(chǎn)生控制信號(hào)，通過變頻器21-2調(diào)節(jié)電機(jī)19的轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)的功率，限制轉(zhuǎn)軸4的扭矩變化幅值，控制泵的出口壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的的軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)，其特征是溫度變送器21-1測(cè)量軸承的溫度，當(dāng)溫度超過警戒值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)溫度超過臨界值時(shí)，發(fā)出關(guān)閉電機(jī)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明是一種軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)，包括吸入室、穩(wěn)流室、轉(zhuǎn)軸、機(jī)械密封、葉輪、導(dǎo)輪、葉輪室等，葉輪為軸流槳葉式對(duì)片，葉片包角為30°～148°，葉片數(shù)8～20個(gè)，導(dǎo)輪采用空間扭曲形徑向轉(zhuǎn)軸向葉片，長短葉片各3～19個(gè)，葉輪、導(dǎo)輪和葉輪室構(gòu)成一個(gè)增壓級(jí)，多個(gè)增壓級(jí)沿軸向串聯(lián)，由機(jī)械密封與吸入室流道彈頭形內(nèi)腔構(gòu)成封閉腔，由兩個(gè)機(jī)械密封和軸承架構(gòu)成封閉腔，封閉腔為壓力油腔，與外油箱構(gòu)成壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)，腔內(nèi)壓力高于輸送介質(zhì)壓力0.05MPa；其控制系統(tǒng)由聯(lián)軸器、電機(jī)和壓力功率控制電路組成，其中聯(lián)軸器與電機(jī)聯(lián)接，電機(jī)外接一壓力功率控制電路。
文檔編號(hào)F04D15/00GK1439811SQ0213948
公開日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者馬希金, 李文廣, 楊從新, 楊軍虎, 吳蓓, 李劍華, 宋健 申請(qǐng)人:甘肅工業(yè)大學(xué)