新型涡旋多相泵的型线设计及工作过程模拟

摘要

以多相泵为核心的多相混输是油气输送技术的发展趋势。本文以国家自然科学基金项目《气液分布的随机分形模型与新型涡旋式多相泵的设计理论》(项目编号50806082)为依托,针对新型涡旋式气液多相混输泵,通过构建变啮合间隙变壁厚的涡旋齿型线,使得所形成的压缩腔存在一条通向排出口的内泄漏泄压通道,形成了一种液相压缩卸荷的新方法,解决了容积式多相泵在混输较高含液率介质时易出现的压缩腔液击问题。同时涡旋齿型线的厚度是变化的,使得涡旋齿在中心压力较高处具有足够的强度,增强其使用寿命,有效地提高吸气量和压缩比。介绍了新型涡旋多相泵的工作原理,得到了变啮合间隙变壁厚涡旋齿形的生成方法和型线方程,分析了工作腔容积和啮合间隙的变化规律,建立了涡旋多相泵工作过程中气液介质在伴有内泄漏时的增压过程热力模型。
　　 本文运用流动模拟软件及有限元分析软件,提出了一种基于流场模拟的涡旋齿应力变形分析的研究方法。首先利用Fluent对新型涡旋多相泵的工作过程进行数值模拟,得到了不同背压、不同气液比、不同转速下的压力场、温度场及速度场。把流动模拟的压力场、温度场的分布作为边界条件,利用Ansys workbench13有限元分析软件得到了压缩开始和压缩结束时刻动涡旋齿型线在介质力载荷作用下的应力和变形规律,找到了应力和变形最大点。压缩开始状态的应力和变形最大处为涡旋齿最外圈与静涡旋齿相互啮合部位的齿顶处。压缩结束状态是最危险的时刻,第二工作腔与第三工作腔交界处为危险点,应力和变形最大。验证了变壁厚的型线在齿头处增强了涡旋齿的强度,延长了使用寿命。为涡旋多相泵的设计提供了理论依据。