專利名稱：渦旋式氣液多相混輸泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及渦旋式氣液多相混輸泵。
背景技術(shù)：
隨著石油、天然氣生產(chǎn)逐步由陸地向沙漠及海洋擴(kuò)展，油井中采出的原油、氣體和水的 多相混合物的長距離可靠輸送問題逐漸成為研究熱點(diǎn)，以多相泵為核心的油氣多相混輸是當(dāng) 今油氣輸送技術(shù)的發(fā)展趨勢，具有簡化流程、節(jié)省費(fèi)用和提高油井采收率等優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)新 型氣液多相混輸泵的研究具有重要的意義。
現(xiàn)有的氣液多相混輸泵的種類較多，在油氣集輸系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的是螺旋軸流式多 相泵和雙螺桿式多相泵。螺旋軸流式多相泵利用多相流體在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中獲得動(dòng)能，再 通過導(dǎo)葉的擴(kuò)壓作用將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能；該泵主要由吸入單元、壓縮單元、壓出單元及泵 體等組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)；但當(dāng)含氣率較大時(shí)，其工作性能所受影響較大， 泵送揚(yáng)程較小，因而螺旋軸流式多相混輸泵難以適應(yīng)于含氣率較大時(shí)的混合增壓輸送。雙螺 桿多相泵是依靠兩螺桿間的相互嚙合，形成周期性變化的工作腔容積，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣液多相 流體的增壓混輸，具有結(jié)構(gòu)緊湊和效率高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)氣液比變化較大的多相流體、高凝固點(diǎn) 及高粘度的混合物都有較好的增壓效果，適應(yīng)于中小流量和高揚(yáng)程工況；但作為容積式多相 泵，由于沒有較好地解決液相壓縮的隨機(jī)卸荷，當(dāng)含液率較高時(shí)，運(yùn)行中易出現(xiàn)工作腔內(nèi)壓 力不均衡、個(gè)別工作腔內(nèi)介質(zhì)壓力驟增，甚至產(chǎn)生液擊現(xiàn)象，嚴(yán)重影響多相泵的安全可靠運(yùn) 行，因而雙螺桿式多相混輸泵不適用于含液率較高時(shí)的混合增壓輸送。
渦旋機(jī)械至今已有百余年的發(fā)展歷史，具有效率高、可靠性高和結(jié)構(gòu)簡單等顯著優(yōu)點(diǎn)， 作為制冷壓縮機(jī)、空氣動(dòng)力壓縮機(jī)、增壓器和真空泵得到了廣泛的應(yīng)用，然而國內(nèi)外卻未見 有關(guān)渦旋式多相泵的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種渦旋式氣液多相混輸泵，適用于含液率較高時(shí)的氣液多相增 壓輸送，采用變徑基圓漸開線構(gòu)建變嚙合間隙渦旋齒，使其在工作中形成一條從壓縮腔通向 排出口方向的內(nèi)泄漏卸壓通道，實(shí)現(xiàn)氣液多相增壓混輸過程中的液相壓縮隨機(jī)卸荷，避免增 壓輸送含液率較高的多相介質(zhì)時(shí)，因液相不易壓縮而出現(xiàn)的工作腔內(nèi)介質(zhì)壓力驟增，甚至液擊問題，保證多相泵安全可靠的運(yùn)行。
一種渦旋式氣液多相混輸泵主要由動(dòng)渦旋盤、靜渦旋盤、支架體、曲拐軸和小曲拐防自 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等零部件組成，型線相同的兩動(dòng)、靜渦旋盤相對(duì)旋轉(zhuǎn)一定角度并偏置一定距離后對(duì)插 在一起，形成兩組工作腔容積，動(dòng)渦旋在曲拐軸的帶動(dòng)下，在小曲拐防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的約束下， 與靜渦旋實(shí)現(xiàn)公轉(zhuǎn)平動(dòng)，所形成的嚙合點(diǎn)沿著渦旋齒齒壁連續(xù)向中心移動(dòng)，所形成的工作腔 容積逐漸變小，并向中心移動(dòng)，形成了周期性變化的工作腔容積，實(shí)現(xiàn)氣液混合介質(zhì)的吸入、 壓縮和排出，完成氣液介質(zhì)的增壓混輸過程。
動(dòng)、靜渦旋齒均由外圈的基圓漸開線和內(nèi)圈的變徑基圓漸開線組合而成，基圓漸開線部 分所構(gòu)成的渦旋齒實(shí)現(xiàn)無間隙嚙合，形成吸入腔容積，完成氣液介質(zhì)的吸入過程；變徑基圓 漸開線部分所構(gòu)成的渦旋齒參與嚙合時(shí)，形成壓縮腔和排出腔容積，存在嚙合間隙，完成氣 液介質(zhì)的壓縮和排出過程，因而壓縮過程存在從壓縮腔通向排出口方向的內(nèi)泄漏通道，氣液 介質(zhì)通過該通道內(nèi)的少量內(nèi)泄漏實(shí)現(xiàn)液相壓縮的隨機(jī)卸荷。雖然壓縮過程中存在內(nèi)泄漏，但 不會(huì)降低容積效率，因而本發(fā)明對(duì)于拓寬容積式多相泵的氣液比范圍及渦旋機(jī)械的應(yīng)用領(lǐng)域 具有重要的工程意義。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是采用變徑基圓漸開線構(gòu)具有嚙合間隙渦旋 齒，使其所形成的壓縮腔在工作中形成一條從壓縮腔通向排出口方向的內(nèi)泄漏卸壓通道，實(shí) 現(xiàn)氣液介質(zhì)增壓混輸過程中的液相壓縮隨機(jī)卸荷，避免增壓輸送含液率較高的多相介質(zhì)時(shí)， 因液相不易壓縮而出現(xiàn)壓縮腔內(nèi)介質(zhì)壓力驟增，甚至液擊問題，保證多相泵安全可靠的運(yùn)行。
本發(fā)明的有益效果是①本發(fā)明所提出的渦旋式氣液多相混輸泵具有液相壓縮隨機(jī)卸荷 功能，適用于含液率較高時(shí)的應(yīng)用場合，并能夠保證其運(yùn)行安全性；②液相壓縮卸荷通道是 從壓縮腔通向排出口方向，所產(chǎn)生的泄漏是內(nèi)泄漏，不會(huì)減小容積效率；③吸入過程中工作 腔沒有嚙合間隙，吸入過程沒有外泄漏；(D本發(fā)明所提出的渦旋式氣液多相混輸泵具有效率 高、可靠性高和結(jié)構(gòu)簡單等顯著優(yōu)點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 圖1是渦旋式氣液多相混輸泵的結(jié)構(gòu)簡圖。 圖2是動(dòng)、靜渦旋齒嚙合過程圖。 圖3是靜渦旋齒型線圖。 圖4是動(dòng)渦旋齒型線圖。
圖中l(wèi)一靜渦旋盤；2—?jiǎng)訙u旋盤；3—排出口； 4~吸入口； 5—小曲拐防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；6—平衡鐵；7—軸承；8—支架體；9一曲拐軸；201—靜渦旋齒；202—?jiǎng)訙u旋齒；203—排出口； 204~壓縮腔；205—嚙合間隙；301—靜渦旋外側(cè)變徑基圓漸開線；302—靜渦旋內(nèi)側(cè)變徑基 圓漸開線；303—靜渦旋外側(cè)變徑基圓漸開線；304—靜渦旋內(nèi)側(cè)變徑基圓漸開線；401_動(dòng)渦 旋外側(cè)變徑基圓漸開線；402—?jiǎng)訙u旋內(nèi)側(cè)變徑基圓漸開線；403—?jiǎng)訙u旋外側(cè)變徑基圓漸開 線；404~動(dòng)渦旋內(nèi)側(cè)變徑基圓漸開線。
具體實(shí)施例方式
如圖l所示，渦旋式氣液多相混輸泵主要由靜渦旋盤l、動(dòng)渦旋盤2、小曲拐防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 5、支架體8、曲拐軸9、平衡鐵6和軸承7等零部件組成，靜渦旋盤1的圓周上設(shè)置有吸入 口 4，靜渦旋1的中心處設(shè)置有排出口 3。工作過程中，型線相同的動(dòng)、靜兩渦旋盤相對(duì)旋轉(zhuǎn) 一定角度并偏置一定距離后對(duì)插在一起，形成兩組月牙形工作腔容積，在壓縮過程中由于所 形成的壓縮腔是由變嚙合間隙型線所構(gòu)成的，因而所形成的壓縮腔在通向排出口方向存在嚙 合間隙，形成一條從壓縮腔通向排出口方向的內(nèi)泄漏通道，作為液相壓縮的卸壓通道，動(dòng)渦 旋在曲拐軸的帶動(dòng)下，在小曲拐防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的約束下，與靜渦旋實(shí)現(xiàn)公轉(zhuǎn)平動(dòng)，所形成的工 作腔容積逐漸減小，進(jìn)行周期性的變化，實(shí)現(xiàn)氣液介質(zhì)的吸入、壓縮和排出，完成增壓輸送 過程。帶有嚙合間隙的工作腔容積的周期性變化過程如圖2所示。
如圖2所示，(a)圖為工作腔處于吸氣過程結(jié)束時(shí)的動(dòng)、靜渦旋齒嚙合圖，設(shè)此時(shí)曲軸轉(zhuǎn)角^=0°; (b)圖為0-9O。時(shí)的動(dòng)、靜渦旋齒嚙合圖；(C)圖為^^180。時(shí)的動(dòng)、靜渦旋齒嚙合圖； (d)圖為0-27O。時(shí)的動(dòng)、靜渦旋齒嚙合圖；(d)圖為^360。時(shí)的動(dòng)、靜渦旋齒嚙合圖。靜渦旋 齒201和動(dòng)渦旋齒202通過嚙合形成2組壓縮腔204，壓縮腔204在通向排出口 203方向設(shè) 計(jì)有嚙合間隙205，形成一條卸壓通道，在氣液混合介質(zhì)在壓縮腔204內(nèi)因容積減小而受到 壓縮，其壓力得到提高，同時(shí)有一部分氣液混合介質(zhì)通過嚙合間隙205泄漏到排出口 203， 由此實(shí)現(xiàn)液相壓縮隨機(jī)卸荷，避免當(dāng)含液率較高時(shí)，因容積減小和液相不易壓縮而發(fā)生壓縮 腔內(nèi)介質(zhì)壓力驟增，甚至發(fā)生液擊的事故，保證了多相混輸泵的運(yùn)行安全性。能夠形成具有 變嚙合間隙的動(dòng)、靜渦旋齒型線如圖3和圖4所示。
如圖3所示，靜渦旋齒外圈^5C段是由基圓漸開線所構(gòu)成的，分別為靜渦旋外側(cè)基圓漸開 線301和靜渦旋內(nèi)側(cè)基圓漸開線302;靜渦旋齒內(nèi)圈CD5段是由變徑基圓漸開線所構(gòu)成的，分 別為靜渦旋外側(cè)變徑基圓漸開線303和靜渦旋內(nèi)側(cè)變徑基圓漸開線304。
如圖4所示，動(dòng)渦旋齒外圈」5C段是由基圓漸開線所構(gòu)成的，分別為動(dòng)渦旋外側(cè)基圓漸開 線401和動(dòng)渦旋內(nèi)側(cè)基圓漸開線402;動(dòng)渦旋齒內(nèi)圈CD五段是由變徑基圓漸開線所構(gòu)成的，分 別為動(dòng)渦旋外側(cè)變徑基圓漸開線403和動(dòng)渦旋內(nèi)側(cè)變徑基圓漸開線404。實(shí)施時(shí)，靜渦旋齒201和動(dòng)渦旋齒202所形成的嚙合間隙205的大小，可根據(jù)氣液介質(zhì) 介質(zhì)的氣液比大小進(jìn)行確定，使得壓縮腔與排出口之間形成一條卸壓通道，工作中因容積減 小，氣液介質(zhì)介質(zhì)發(fā)生少量間隙內(nèi)泄漏實(shí)現(xiàn)液相壓縮隨機(jī)卸荷，解決了當(dāng)含液率較高時(shí)，因 液相不易壓縮而出現(xiàn)的液擊問題。
實(shí)施時(shí)，靜渦旋齒201和動(dòng)渦旋齒202在工作嚙合時(shí)，基圓漸開線渦旋齒^5C段首先進(jìn) 入嚙合，在嚙合時(shí)不存在嚙合間隙，此時(shí)為吸入過程，當(dāng)吸氣過程結(jié)束后，工作腔容積封閉， 隨后進(jìn)入壓縮過程，隨著曲拐軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，嚙合點(diǎn)沿著渦旋齒壁向中心處連續(xù)移動(dòng)，壓縮腔容 積逐漸減小，由變徑基圓漸開線型線所構(gòu)成渦旋齒CD五段處于嚙合，此時(shí)存在嚙合間隙，隨 著壓縮腔容積的進(jìn)一步減小，嚙合間隙逐漸增大。
權(quán)利要求
1.一種渦旋式氣液多相混輸泵，主要由動(dòng)渦旋盤、靜渦旋盤、支架體、曲軸、小曲拐防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成，其特征是型線相同的兩動(dòng)、靜渦旋盤相對(duì)旋轉(zhuǎn)一定角度并偏置一定距離后對(duì)插在一起，形成多個(gè)月牙形工作腔容積，動(dòng)渦旋在曲拐軸的帶動(dòng)下，在小曲拐防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的約束下，與靜渦旋之間實(shí)現(xiàn)公轉(zhuǎn)平動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)工作腔容積的周期性變化，完成氣液介質(zhì)的吸入、壓縮和排出；動(dòng)、靜渦旋齒外圈采用基圓漸開線，完成吸入過程，無嚙合間隙；動(dòng)、靜渦旋齒內(nèi)圈采用變徑基圓漸開線，形成變嚙合間隙渦旋齒，實(shí)現(xiàn)液相壓縮的隨機(jī)卸荷，完成氣液介質(zhì)的壓縮和排出過程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋式氣液多相混輸泵，其特征是動(dòng)、靜渦旋齒均采用基圓漸開 線和變徑基圓漸開線組合型線，其渦旋齒型線方程分別為<formula>formula see original document page 2</formula>靜渦旋外側(cè)基圓漸開線301:靜渦旋內(nèi)側(cè)基圓漸開線302-<formula>formula see original document page 2</formula>靜渦旋外側(cè)變徑基圓漸開線303:靜渦旋內(nèi)側(cè)變徑基圓漸開線304:動(dòng)渦旋外側(cè)基圓漸開線401:動(dòng)渦旋內(nèi)側(cè)基圓漸開線402:<formula>formula see original document page 2</formula>動(dòng)渦旋外側(cè)變徑基圓漸開線403:-動(dòng)渦旋內(nèi)側(cè)變徑基圓漸開線404:<formula>formula see original document page 2</formula>式中z—角度參數(shù)，rad; A—基圓漸開線基圓變徑，mm; a—基圓漸開線發(fā)生角，rad;一基圓漸開線和變徑基圓漸開線連接處的角度參數(shù)，rad; A—渦旋齒齒尾終端角度參數(shù)，rad;^一變徑基圓漸開線基圓，mm， \、; a—常數(shù)，mm;艮一外側(cè)變徑基圓漸開線發(fā)生角，md,艮=-M+，2+M+一 ； A—內(nèi)側(cè)變徑基圓漸開線發(fā)生角，rad，J^n+，2+M-^一渦旋齒齒頭始端角度參數(shù)，rad?！?br> 3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋式氣液多相混輸泵，其特征是由圓漸開線所構(gòu)成的渦旋齒在 工作嚙合中，所形成的壓縮腔無嚙合間隙，完成氣液介質(zhì)的吸入過程；由變徑基圓漸開線所 構(gòu)成的渦旋齒在工作嚙合中，所形成的壓縮腔具有可變的嚙合間隙，形成一條由壓縮腔通向 排出口方向的內(nèi)泄漏通道，實(shí)現(xiàn)液相壓縮的隨機(jī)卸荷，完成氣液介質(zhì)的壓縮和排出過程。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋式氣液多相混輸泵，其特征是吸入過程結(jié)束后，形成封閉的 工作腔容積，隨后隨著曲拐軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮過程開始，壓縮腔容積逐漸減小，此時(shí)從壓縮腔 通向排出口方向出現(xiàn)嚙合間隙，隨著壓縮過程的進(jìn)行，壓縮腔容積越小，嚙合間隙越大。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋式氣液多相混輸泵，其特征是動(dòng)渦旋盤與支架體之間采用小 曲拐防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)、靜渦旋盤之間的公轉(zhuǎn)平動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種渦旋式氣液多相混輸泵，由動(dòng)渦旋盤、靜渦旋盤、支架體、曲拐軸和小曲拐防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成；型線相同的兩動(dòng)靜兩渦旋盤相對(duì)旋轉(zhuǎn)90°并偏置一定距離后對(duì)插在一起，形成多個(gè)工作腔，動(dòng)渦旋盤在曲拐軸的帶動(dòng)下，在小曲拐防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的約束下與靜渦旋盤之間實(shí)現(xiàn)公轉(zhuǎn)平動(dòng)，形成周期性變化的工作腔容積，實(shí)現(xiàn)氣液介質(zhì)的吸入、壓縮和排出。動(dòng)靜渦旋盤上均有一段由變徑基圓漸開線所構(gòu)成的變嚙合間隙渦旋齒，在工作中存在嚙合間隙，使得從壓縮腔向排出口方向存在一條卸壓通道，在增壓過程中少量氣液介質(zhì)通過該通道從壓縮腔向排出口發(fā)生內(nèi)泄漏，實(shí)現(xiàn)液相壓縮的隨機(jī)卸荷，以解決當(dāng)含液率較高時(shí)，增壓混輸氣液介質(zhì)時(shí)易出現(xiàn)的壓力驟增和液擊問題。
文檔編號(hào)F04C2/00GK101603530SQ20091001694
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者李雪琴, 君 王, 王增麗, 章大海, 明 趙 申請人:中國石油大學(xué)(華東)