專利名稱：一種自平衡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，對含有不超過209的沙粒，仍可輸送。
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，且對泥沙十分敏感，容易磨損，導(dǎo)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)明是一種自平衡軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)，包括吸入室、增壓室、葉輪、導(dǎo)輪、壓水室、機(jī)械密封和轉(zhuǎn)軸，本發(fā)明前后對稱布置有前段吸入室、前段增壓室、前段葉輪、前段導(dǎo)輪、前段壓水室、后段增壓室、后段葉輪、后段導(dǎo)輪、后段壓水室、后段吸入室，前后段間用一連接管連接，葉輪和導(dǎo)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(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)，前段增壓級和后段增壓級反方向布置，其幾何尺寸可以是相等的或后段過流斷面小于前段的過流斷面；前后段吸入室均為圓弧擴(kuò)展型半螺旋吸入室，機(jī)械密封和軸承布置在流道外面；前段壓水室與后段壓水室置于一體，出流方向相差90°∽270°，沿軸同背靠背布置；其控制系統(tǒng)由聯(lián)軸器、電機(jī)、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；在泵的兩端設(shè)有兩個(gè)壓力自循環(huán)潤滑雙端面機(jī)械密封，轉(zhuǎn)動(dòng)部分裝有螺旋泵葉，推動(dòng)密封液由進(jìn)液口端流向取液口，再由畢托管式集油管將油液引入蛇形管冷卻后，進(jìn)入蓄能儲罐中，經(jīng)回油管再流回密封腔，反復(fù)循環(huán)。
本發(fā)明控制系統(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，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，當(dāng)溫度超過臨界值時(shí)，發(fā)出關(guān)閉電機(jī)信號。


圖1是本發(fā)明的裝配簡圖，圖2是本發(fā)明的葉輪結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)示意圖，圖4a是本發(fā)明的前后段吸入室的正向結(jié)構(gòu)示意圖，圖4b是前后段吸入室的側(cè)向結(jié)構(gòu)示意圖，圖5a是前段壓水室與后段壓水室的側(cè)向結(jié)構(gòu)示意圖，圖5b是前段壓水室與后段壓水室的正向結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是本發(fā)明的自循環(huán)潤滑雙端面機(jī)械密封油液回路圖，圖7是本發(fā)明的控制系統(tǒng)的電路框圖。
具體實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示，為本發(fā)明的泵的裝配簡圖，它包括吸入室1、增壓室2、葉輪3、導(dǎo)輪4、壓水室5、機(jī)械密封11和轉(zhuǎn)軸12，前后對稱布置前段吸入室1、前段增壓室2、前段葉輪3、前段導(dǎo)輪4、前段壓水室5、后段增壓室6、后段葉輪7、后段導(dǎo)輪8、后段壓水室5′、后段吸入室9、連接管10、葉輪和導(dǎo)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(shù)8∽20個(gè)。如圖3所示，導(dǎo)輪4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)。如圖4a、b所示，前段增壓級和后段增壓級反方向布置，其幾何尺寸可以是相等的或后段過流斷面小于前段的過流斷面。前后段吸入室為圓弧擴(kuò)展型半螺旋吸入室，機(jī)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與后段壓水室5′置于一體，出流方向相差90°∽270°，沿軸同背靠背布置。
如圖6所示，為本發(fā)明的自循環(huán)潤滑雙端面機(jī)械密封油液回路，11-1是靜環(huán)，11-2是動(dòng)環(huán)，轉(zhuǎn)動(dòng)部分裝有螺旋泵葉11-3，推動(dòng)密封液由進(jìn)液口17-2端流向取液口15-1，再由畢托管式集油管15-2將油液引入蛇形管15-3冷卻后，流入蓄能儲罐16中，經(jīng)回油管17-1再流回密封腔，反復(fù)循環(huán)。
如圖7所示，本發(fā)明的控制系統(tǒng)是由聯(lián)軸器13、電機(jī)14、壓力功率控制電路18組成，其中聯(lián)軸器13與電機(jī)14聯(lián)接，電機(jī)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(diào)節(jié)器18-3、運(yùn)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(jī)14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18-4，與給定功率值Ng比較，產(chǎn)生ΔN，經(jīng)功率調(diào)節(jié)器18-3產(chǎn)生控制信號，通過變頻器18-2調(diào)節(jié)電機(jī)14的轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)的功率，限制轉(zhuǎn)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(dāng)溫度超過警戒值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，當(dāng)溫度超過臨界值時(shí)，發(fā)出關(guān)閉電機(jī)信號。
本發(fā)明的前段增壓級和后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，也可以采用后段過流斷面小于前段。前后段吸入室采用弧擴(kuò)展型半螺旋吸入室，使葉輪進(jìn)口流速均勻。機(jī)械密封和軸承可以布置到流道外面，便于安裝、調(diào)整和檢修。
前段壓水室5與后段壓水室5′置于一體，出流方向相差90°～270°，沿軸向背靠背布置?？傮w采用準(zhǔn)對稱結(jié)構(gòu)，以兩級壓水室背分線為基準(zhǔn)，前、后段增壓級、吸入室及軸承基本對稱布置；總體采用軸向剖分結(jié)構(gòu)，前、后段增壓級，可根據(jù)增壓需要設(shè)置多個(gè)，前后段含級數(shù)可以相同，也可不相同(當(dāng)增壓級尺寸不對稱時(shí))。
介質(zhì)由前段吸入室1吸入，通過半螺旋型吸入室，將流體介質(zhì)由切向方向引入，轉(zhuǎn)為環(huán)狀流動(dòng)均勻地輸至葉輪3，經(jīng)葉輪3獲得壓能和動(dòng)能后進(jìn)入導(dǎo)輪4，導(dǎo)輪4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3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)級增壓后，軸向流入蝸形壓水室5前腔并將其引為管流，通過連接管引入后段吸入室9，過程與原理同前段，只是流動(dòng)方向不同，最后由壓水室5′后腔排出。
兩端設(shè)有兩個(gè)壓力自循環(huán)潤滑雙端面機(jī)械密封，轉(zhuǎn)動(dòng)部分裝有螺旋泵葉11-3，推動(dòng)密封液由入口端流向出口端，再由畢托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(fù)始循環(huán)，利用蛇形油管冷卻。蓄能儲液罐壓力高于介質(zhì)壓力0.05MPa。所有相對運(yùn)動(dòng)部件均設(shè)耐磨襯套，以提高壽命。轉(zhuǎn)子外加整體轉(zhuǎn)子室，將由轉(zhuǎn)子與導(dǎo)輪組成的增壓級整體封閉起來。
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。
權(quán)利要求
1.一種自平衡軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)，包括吸入至1、增壓室2、葉輪3、導(dǎo)輪4、壓水室5、機(jī)械密封11和轉(zhuǎn)軸12，本發(fā)明的特征是前后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(dǎo)輪4、前段壓水室5、后段增壓室6、后段葉輪7、后段導(dǎo)輪8、后段壓水室5′、后段吸入室9，前后段間用連接管10連接，葉輪和導(dǎo)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(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)，前段增壓級和后段增壓級反方向布置，其幾何尺寸可以是相等的或后段過流斷面小于前段的過流斷面；前后段吸入室1、9為圓弧擴(kuò)展型半螺旋吸入室，機(jī)械密封和軸承布置在流道外面；前段壓水室5與后段壓水室5′置于一體，出流方向相差90°∽270°，沿軸同背靠背布置；其控制系統(tǒng)由聯(lián)軸器13、電機(jī)14、壓力功率控制電路18組成，其中聯(lián)軸器13與電機(jī)14聯(lián)接，電機(jī)14外接一壓力功率控制電路18；在泵的兩端設(shè)有兩個(gè)壓力自循環(huán)潤滑雙端面機(jī)械密封，轉(zhuǎn)動(dòng)部分裝有螺旋泵葉11-3，推動(dòng)密封液由進(jìn)液口17-2端流向取液口15-1，再由畢托管式集油管15-2將油液引入蛇形管15-3冷卻后，進(jìn)入蓄能儲罐16中，經(jīng)回油管17-1再流回密封腔，反復(fù)循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡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18是由溫度變送器18-1、變頻器18-2、功率調(diào)節(jié)器18-3、運(yùn)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(jī)14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18-4，與給定功率值Ng比較，產(chǎn)生ΔN，經(jīng)功率調(diào)節(jié)器18-3產(chǎn)生控制信號，通過變頻器18-2調(diào)節(jié)電機(jī)14的轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)的功率，限制轉(zhuǎn)軸12的扭矩變化幅值，控制泵的出口壓力。
3.根據(jù)權(quán)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(tǒng)，其特征是溫度變送器18-1測量軸承的溫度，當(dāng)溫度超過警戒值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，當(dāng)溫度超過臨界值時(shí)，發(fā)出關(guān)閉電機(jī)信號。
全文摘要
本發(fā)明是一種自平衡軸流式油氣混輸泵及其控制系統(tǒng)，前后對稱布置有前后段吸入室、前后段增壓室、前后段葉輪、前后段導(dǎo)輪、前后段壓水室，葉輪和導(dǎo)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(shù)8～20個(gè)；導(dǎo)輪采用空間扭曲徑向轉(zhuǎn)軸向葉片，長短葉片各3～19個(gè)，前段壓水室與后段壓水室置于一體，出流方向相差90°～270°，沿軸同背靠背布置；其控制系統(tǒng)由聯(lián)軸器、電機(jī)、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(diào)節(jié)器、運(yùn)算放大器、功率變送器組成，功率變送器測量電機(jī)的功率Nf，送入運(yùn)算放大器，與給定功率值比較，經(jīng)功率調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制信號，通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)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(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者馬希金, 吳蓓, 李劍華, 宋健 申請人:甘肅工業(yè)大學(xué)