一种四螺旋轴流式油气混输泵叶轮水力设计方法与流程

本发明涉及流体机械领域，特别涉及一种四螺旋轴流式油气混输泵叶轮水力设计方法。

背景技术：

油气混输泵是用在石油开采和输送过程中，主要输送含气、水、沙等的原油，实现对原油的集中净化、分离、储备，另外还可减少井口压力，提高单井或区域产量。目前，国内生产的油气混输泵按结构形式主要分为单螺杆、双螺杆、四螺杆泵和柱塞泵等，其中以螺杆泵的应用最为广泛，但是螺杆油气混输泵需要在泵的进口设置过滤装置滤去流动介质中的固体颗粒。并且流动介质高含气量时也无法工作。

近年来，螺旋轴流式油气混输泵因其具有适应大流量输送，体积结构紧凑，对固体颗粒不敏感等独特优点在石油开采行业中开始逐渐得到应用。叶轮作为螺旋轴流式油气混输泵能量转换的核心部件，螺旋轴流式油气混输泵叶轮的水力设计方法较为陈旧，迄今为止任然无一套完善可靠的设计方法，设计人员仍只能按普通轴流泵的设计方法来设计，效率低下，造成设计成本高，开发周期过长，性能难以达标等现象。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一套完备的四螺旋轴流式油气混输泵叶轮水力设计方法。针对其工作的特殊性和实践中容易出现的问题对设计公式做了大量优化。本发明能够确保螺旋轴流式油气混输泵高效、稳定地工作，增强其对恶劣工作环境的适应能力。

具体实施方案如下：

一种四螺旋轴流式油气混输泵叶轮水力设计方法，其特征在于：叶轮为四叶片螺旋轴流式形式，以下提供了叶轮主要几何参数的设计方法，包括叶轮外径d，轮毂进口直径d1，轮毂出口直径d2，叶轮轴向长度m，轮毂锥角θ，叶片进口安放角β1，叶片出口安放角β2，叶片中部处推荐厚度δ；

(1)叶轮外径d：

k＝0.125～0.255；(2)

式中：

d—叶轮外径，mm；

ns—比转速；

q—流量，m³/h；

n—转速，r/min；

k—外径系数，ns小者取大值，反之取小值；

(2)叶轮轮毂进口直径d1：

d1＝k1d；(3)

k1＝0.68～0.88；(4)

式中：

d1—轮毂进口直径，mm；

d—叶轮外径，mm；

k1—轮毂进口直径系数，ns小者取大值，反之取小值；

(3)轮毂锥角θ：

θ＝14°～23°；(5)

式中：

θ—轮毂锥角，°；

(4)叶轮轴向长度m：

m＝(0.26～0.44)d；(6)

其中，先合适的范围内对m取值，然后计算σ值，对σ值进行校核，应符合σ＝0.76～0.88，否则重取值计算；

式中：

m—叶轮轴向长度，mm；

l—叶型弦长，mm；

σ—叶栅稠密度；

β—叶型安放角，°；

d—叶轮外径，mm；

t—栅距，mm；

(5)轮毂出口直径d2：

式中：

d2—轮毂出口直径，mm；

m—叶轮轴向长度，mm；

θ—轮毂锥角，°；

d1—轮毂进口直径，mm；

(6)叶片进口安放角β1：

β1＝4°～11°；(8)

式中：

β1—叶片进口安放角，°；

(7)叶片出口安放角β2：

k2＝0.97～1.04；(10)

式中：

β2—叶片出口安放角，°；

k2—叶片出口安防角系数，取值不宜过大，否则易导致叶轮扭曲程度增大。

vm2—叶片出口轴面速度，m/s；

u2—叶片出口圆周速度，m/s；

(8)叶片中部处推荐厚度δ：

式中：

δ—叶片中部处推荐厚度，mm；

d—叶轮外径，mm；

h—扬程，m；

[σ0]—叶轮所用材料许用应力，mpa。

本发明的有益效果：

本发明提供了一套全新的一种四螺旋轴流式油气混输泵叶轮水力设计方法。针对油气混输泵工作的特殊性和实践中容易出现的问题对设计公式修正，能够确保螺旋轴流式油气混输泵高效、稳定地工作，大大增强叶轮的可靠性，增强其对恶劣工作环境的适应能力，缩短开发周期，降低设计成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明：

图1是本发明一实施例一种四螺旋轴流式油气混输泵叶轮轴面图；

图2是本发明一实施例一种四螺旋轴流式油气混输泵叶轮左视图；

图3是本发明一实施例一种四螺旋轴流式油气混输泵叶轮叶栅平面图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，所述一种四螺旋轴流式油气混输泵叶轮水力设计方法，其特征在于：叶轮为四叶片螺旋轴流式形式，以下提供了叶轮主要几何参数的设计方法，包括叶轮外径d，轮毂进口直径d1，轮毂出口直径d2，叶轮轴向长度m，轮毂锥角θ，叶片进口安放角β1，叶片出口安放角β2，叶片中部处推荐厚度δ；

(9)叶轮外径d：

k＝0.125～0.255；(2)

式中：

d—叶轮外径，mm；

ns—比转速；

q—流量，m³/h；

n—转速，r/min；

k—外径系数，ns小者取大值，反之取小值；

(10)叶轮轮毂进口直径d1：

d1＝k1d；(3)

k1＝0.68～0.88；(4)

式中：

d1—轮毂进口直径，mm；

d—叶轮外径，mm；

k1—轮毂进口直径系数，ns小者取大值，反之取小值；

(11)轮毂锥角θ：

θ＝14°～23°；(5)

式中：

θ—轮毂锥角，°；

(12)叶轮轴向长度m：

m＝(0.26～0.44)d；(6)

其中，先合适的范围内对m取值，然后计算σ值，对σ值进行校核，应符合σ＝0.76～0.88，否则重取值计算；

式中：

m—叶轮轴向长度，mm；

l—叶型弦长，mm；

σ—叶栅稠密度；

β—叶型安放角，°；

d—叶轮外径，mm；

t—栅距，mm；

(13)轮毂出口直径d2：

式中：

d2—轮毂出口直径，mm；

m—叶轮轴向长度，mm；

θ—轮毂锥角，°；

d1—轮毂进口直径，mm；

(14)叶片进口安放角β1：

β1＝4°～11°；(8)

式中：

β1—叶片进口安放角，°；

(15)叶片出口安放角β2：

k2＝0.97～1.04；(10)

式中：

β2—叶片出口安放角，°；

k2—叶片出口安防角系数，取值不宜过大，否则易导致叶轮扭曲程度增大。

vm2—叶片出口轴面速度，m/s；

u2—叶片出口圆周速度，m/s；

(16)叶片中部处推荐厚度δ：

式中：

δ—叶片中部处推荐厚度，mm；

d—叶轮外径，mm；

h—扬程，m；

[σ0]—叶轮所用材料许用应力，mpa。

本发明的保护范围不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其它实施例和变形例。