间隙匹配关系对多相混输泵性能影响研究
随着经济和工业的快速发展，人们对能源的需求与日俱增，全球油气资源开发逐渐由陆上向深海进军，多相混输泵作为深海油气资源输运的核心装备之一，具有结构紧凑、流量大、效率高、寿命长、工作范围广以及对泥沙不敏感等特点，综合性能较为优异。但由于多相混输泵的特殊结构，导致在气液两相工况下其内部流动机理极其复杂，拟获得性能优良的多相混输泵模型，最为重要的是选择合适的混输泵结构。基于此，本文以自主研发的螺旋轴流式多相混输泵单个增压单元为研究对象，在不同间隙匹配关系下展开对多相混输泵内流特性以及压力脉动特性的研究，该课题的研究成果可为混输泵的性能的改善提供参考依据，本文的主要内容如下： （1）总结归纳了多相混输泵在混输性能、优化设计以及内部流动特性方面的研究现状。同时定义了轴向间隙系数和相对叶顶间隙，并且在5%进口含气率下，对不同轴向间隙系数δA=0、0.05、0.09、0.13、0.17和不同相对叶顶间隙δT=0‰、3‰、6‰、9‰的多相混输泵模型进行定常与非定常数值计算，并通过开展实验研究验证此次数值计算结果的可靠性，并阐述了数值计算结果与实验结果产生偏差的原因。 （2）通过对多相混输泵模型进行定常数值计算结果分析，探究不同间隙匹配关系对混输泵外特性的影响以及对混输泵内0.5倍叶高压力分布和速度分布的影响。同时对混输泵内叶片表面压力分布以及叶轮出口速度环量、导叶进出口轴向流速分布和混输泵内相态分布展开分析，揭示了间隙匹配关系对多相混输泵内流特性的影响规律。研究结果表明相对叶顶间隙主要影响叶轮内部流动特征，轴向间隙系数则影响导叶的内流特性。 （3）通过对δA=0.13时，δT=0‰、3‰、6‰、9‰和δT=6‰时，δA=0、0.05、0.09、0.13、0.17不同间隙匹配关系下叶轮和导叶叶片表面压力脉动特性分析，揭示了多相混输泵增压单元内时域和频域特性、压力脉动峰峰值和主频幅值系数与间隙匹配关系之间的关联特性。研究发现混输泵内动静干涉是内部压力脉动的主要源头，叶轮内压力脉动主频主要由低频和导叶叶频组成，导叶内的主频等于叶轮叶频，还发现叶轮和导叶内的压力脉动强度受动静干涉面的影响，距离干涉面越近，干涉作用越强，反之则越弱。非定常研究结果可为混输泵安全稳定运行提供一定参考依据。
油气输运设备;多相混输泵;间隙匹配关系;内流特性;压力脉动特性
西华大学
硕士
动力工程及工程热物理
史广泰
2022
中文
TE974.1
2022-11-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）