水下螺旋轴流式多相混输泵的设计研究

摘要

在陆地油气资源日益匮乏的今天,储量丰富的海底油气资源的开采逐渐成为全世界的关注焦点。由于海底环境比较苛刻,要利用常规开采技术对其油气资源进行开采时,其经济效益微乎其微,而海底多相混输泵则可大大降低开采成本。因此,有必要对有诸多优点的螺旋轴流式多相混输泵进行设计研究。本文针对螺旋轴流式多相混输泵在运行过程中存在的轴向力平衡难、密封装置温升高等问题进行了研究。
　　 为解决螺旋轴流式多相混输泵轴向力平衡困难的问题,本文通过对传统轴向力平衡装置的对比分析,优选出了合理的轴向力平衡装置——平衡盘装置。同时,由于目前平衡盘装置两间隙内的流场分析存在一定的问题,本文在层流状态下,利用连续性方程和N-S方程对两间隙内流场进行了理论分析,并用CFD数值模拟对理论分析进行了验证,得知理论分析结果基本符合数值模拟结果:根据理论值与模拟值间产生误差的原因,提出了带修正系数的计算公式。
　　 用常规设计方法对平衡盘设计时,存在计算量大、参数选取具有随机性等不足,且目前提出的优化方法具有一定的缺陷。本文在改进现有优化方法的基础上提出了传统优化法,并基于理论推导公式,以泄漏量最小为目标函数提出了理论推导优化法。利用三种设计方法对实例中的平衡盘按进行设计,通过计算结果的对比分析可知,两种优化方法都能起到优化作用。
　　 根据螺旋轴流式多相混输泵密封介质的特性和工作环境等条件,对其轴封装置进行了选型,最终选用了双端面机械密封。从辅助装置的角度对提出的两种方案进行了对比分析,确定了合理的方案——“轴向入-径向出”的设计方案。对设计出的多相混输泵的部分零件进行了强度校核,得知校核零件都满足强度要求。
　　 利用CFD软件对双端面机械密封的温度场进行了模拟,并分析了密封环温度场的分布规律和冲洗量对端面温升的影响,确定了合理的冲洗量。