本發明涉及多相流泵,具體地涉及一種抗氣堵的多相流泵。
背景技術:
1、多相流泵是一種用于輸送氣、液兩相或氣、液、固多相混合介質的關鍵裝備,廣泛應用于海洋石油開采、陸上邊際油田混輸、化工反應器循環、環保污水處理及礦山渣漿輸送等領域。與普通單相離心泵相比,多相流泵在運行過程中面臨的最突出挑戰之一即為“氣堵”問題。所謂氣堵,是指當輸送介質中的含氣率超過某一臨界值時,氣體因密度遠小于液體,在葉輪高速旋轉產生的離心力場作用下,氣液兩相發生顯著的徑向分離,輕質的氣相組分被持續驅趕至葉輪中心輪轂附近的低壓區域并逐漸積聚,最終形成穩定的氣團或氣囊。氣團占據了葉輪流道的有效過流面積,阻斷了液體的連續吸入,導致泵的揚程和效率斷崖式下跌,嚴重時甚至使泵完全喪失輸送能力。
2、為解決上述氣堵問題,業界提出了多種技術路徑。一類方案是在泵入口前端設置獨立的氣液分離裝置,利用重力沉降、旋流分離或擋板碰撞等原理將氣體預先分離排出,再以富液介質供給主泵。此類方案雖能有效降低進入主泵的含氣率,但分離設備體積龐大、成本高昂,且需額外配置排氣或回注系統,顯著增加了整個泵送系統的復雜性和占地面積,在空間受限的海底平臺或井下作業場景中應用受限。
3、另一類方案是從泵本體結構出發,通過改進葉輪和導葉的幾何設計來延緩氣堵的發生。例如,在葉片上開設回流孔或平衡縫,利用葉輪出口與進口之間的靜壓差引導部分高壓液體回流至葉片進口低壓區,以沖擊和破碎積聚的氣泡;或者在葉輪流道內增設分流短葉片、t型葉片等結構,以切割大氣泡并增強氣液兩相的局部混合。然而,此類被動式結構改進對含氣率的適應范圍仍然有限,當入口含氣率超過一定閾值后,氣堵現象依然難以避免。此外,部分方案通過在泵體上設置引氣通道將聚集氣體引出,但此類引氣結構多依賴于外部真空源或需將氣體引至更低壓力環境,其引氣動力來源和系統集成方式尚存在優化空間。
技術實現思路
1、針對多相流泵高含氣率運行時,氣體易在葉輪中心聚集形成氣堵,導致泵性能急劇下降甚至失效的技術問題,本發明提供了一種抗氣堵的多相流泵,利用泵自身流體動能構建自適應抽吸壓差,具有無需外部能源即可主動消除氣堵,維持高效運行的優點。
2、本發明的技術方案是:
3、一種抗氣堵的多相流泵,包括:
4、泵體,其包括葉輪;
5、導管,一端為吸氣端,所述吸氣端靠近并正對所述葉輪的迎流面;
6、調節管,一端連接于所述泵體的出水口上,所述調節管上至少具有一段為柔性管段;
7、調節組件,設于所述調節管上,所述調節組件的作用端與所述柔性管段的中部連接,并用于調節所述柔性管段的截面面積;
8、引壓管,一端設于所述吸氣端處,另一端連接于所述調節組件上;
9、其中,所述導管的另一端連通于所述柔性管段上,且所述導管此端的開口方向沿所述柔性管段內部流體的流向設置。
10、可選地,所述調節組件包括:
11、支撐結構,設于所述柔性管段上;
12、多張壓板,環繞所述柔性管段的周向均勻分布;
13、多個調節缸,均設于所述支撐結構上,所述調節缸的活塞桿與所述壓板連接,并用于驅動所述壓板壓緊所述柔性管段;
14、調節彈簧,設于所述壓板與所述支撐結構之間,所述調節彈簧用于減小所述調節缸的活塞桿伸出量;
15、其中,所述引壓管的一端設于所述調節缸的缸體上,所有所述調節缸的缸體連通。
16、可選地,所述調節組件還包括:
17、控制器,其為二位三通先導滑閥,其p口連通所述泵體的出水口,a口連通所述調節缸的缸體,t口連通一低壓區;
18、控制缸,其缸體連通所述引壓管的端部,其活塞穿入所述控制器內,并與滑閥的一端連接;
19、復位彈簧,設于所述控制器內,且設于滑閥的另一端。
20、可選地,當所述引壓管內的壓力大于第一閾值時,所述p口與所述a口連通,高壓流體驅動調節缸使柔性管段的截面擴大;
21、當所述引壓管內的壓力低于第二閾值時,所述t口與所述a口連通,調節彈簧驅動調節缸的活塞桿收縮使柔性管段的截面縮小。
22、可選地,所述t口連通于所述泵體的入水口。
23、可選地,所述調節管包括設于所述柔性管段兩端的硬質管段,所述支撐結構的兩端設于兩段所述硬質管段上。
24、可選地,所述支撐結構包括:
25、兩個卡箍,分別套設于兩段所述硬質管段上;
26、多根支撐桿,其為l形結構,所述支撐桿的一端固定設于所述卡箍上;
27、多張支撐板,環繞所述柔性管段的一周分布,所述支撐板的兩端分別與兩根所述支撐桿的端部連接;
28、其中,所述調節缸的缸體固定設于所述支撐板上。
29、可選地,所述壓板上設有導桿,所述調節缸的活塞與所述導桿的端部連接,所述導桿滑動穿過所述支撐板。
30、可選地,所述壓板與所述柔性管段接觸的一側面為弧形面結構。
31、可選地,所述導管的吸氣端為喇叭口結構,所述導管的另一端為斜切口,該斜切口的切面與所述柔性管段內的流體流向平行。
32、與現有技術相比,本發明的有益效果是:
33、本技術方案將引壓管的一端設置于葉輪中心氣體易聚集的吸氣端處,另一端連接于調節組件,利用葉輪中心區域因含氣率變化而產生的靜壓波動作為控制信號,直接驅動調節組件對調節管柔性管段的截面面積進行相應調節。
34、當含氣率升高、氣體在葉輪中心積聚導致該區域靜壓下降時,引壓管將這一低壓信號傳遞至調節組件,觸發壓板向內擠壓柔性管段,使其截面縮小,依據文丘里效應在柔性管段內部形成強烈的局部低壓區;該局部低壓區通過導管與葉輪中心氣體聚集區連通,二者之間建立正向抽吸壓差,氣體被主動抽離。
35、另外,當含氣率升高、氣堵趨于嚴重時,葉輪中心壓力降低,觸發喉部截面進一步收縮,文丘里效應反而更加強烈,抽吸壓差隨之增大,形成氣堵越嚴重、抽吸越強勁的正向反饋機制,確保在最需要的時候提供最強的氣體抽排能力。反之,當工況恢復正常時,系統自動收斂抽吸強度,避免不必要的能量損耗。這一特性使得本方案能夠適應寬廣的含氣率變化范圍,在入口含氣率劇烈波動的油田混輸、化工反應等場合具有突出的工況適應性和運行穩定性。
36、當氣體被抽除、含氣率恢復正常后,葉輪中心靜壓回升,調節組件反向動作使柔性管段截面恢復擴大,抽吸作用減弱或停止,泵自動回歸高效運行狀態。
37、整個檢測、判斷與執行過程均由泵系統自身的流體壓力變化自發驅動,無需任何外部電源、傳感器、控制器或人為干預,具有極高的運行可靠性和本征安全性,尤其適用于偏遠油氣田、海底井口、化工防爆區等供電困難或對電氣設備有嚴格限制的惡劣工況。
1.一種抗氣堵的多相流泵,其特征在于,包括:
2.根據權利要求1所述的抗氣堵的多相流泵,其特征在于,所述調節組件包括:
3.根據權利要求2所述的抗氣堵的多相流泵,其特征在于,所述調節組件還包括:
4.根據權利要求3所述的抗氣堵的多相流泵,其特征在于:
5.根據權利要求3所述的抗氣堵的多相流泵,其特征在于,所述t口連通于所述泵體的入水口。
6.根據權利要求2所述的抗氣堵的多相流泵,其特征在于,所述調節管包括設于所述柔性管段兩端的硬質管段,所述支撐結構的兩端設于兩段所述硬質管段上。
7.根據權利要求6所述的抗氣堵的多相流泵,其特征在于,所述支撐結構包括:
8.根據權利要求7所述的抗氣堵的多相流泵,其特征在于,所述壓板上設有導桿,所述調節缸的活塞與所述導桿的端部連接,所述導桿滑動穿過所述支撐板。
9.根據權利要求2所述的抗氣堵的多相流泵,其特征在于,所述壓板與所述柔性管段接觸的一側面為弧形面結構。
10.根據權利要求1所述的抗氣堵的多相流泵,其特征在于,所述導管的吸氣端為喇叭口結構,所述導管的另一端為斜切口,該斜切口的切面與所述柔性管段內的流體流向平行。