一种轴流式油气混输泵及其控制系统 【技术领域】
本发明为一种输送石油、天然气或其它气、液两相流泵，当含有不超过20％的沙粒时，仍可输送油气介质。
技术背景
现有气液两相离心泵，最大含气率仅为30％；螺杆泵等容积式泵，其流量有限，且对泥沙十分敏感，容易磨损，使间隙扩大，导致压力急剧下降。有一种叶片式气液固多相混输泵，可输送大流量、含固体的多相流体，但其采用大包角，长叶片螺旋形叶轮和等长密布导叶，摩擦损失较大，效率较低，另外结构上尚不能完全满足油田的实际运行工况。
【发明内容】
本发明是一种轴流式油气混输泵及其控制系统，包括吸入室、混合室、转轴、机械密封、叶轮、导轮、转子套、转子室、压水室、推力轴承、轴承架、联轴器，本发明的叶轮为轴流桨叶式对片，叶片包角Φ＝30°∽148°，叶片数8∽20个，导轮采用空间扭曲径向转轴向叶片，且叶片为长短间隔搭配，长短叶片各3～19个，叶轮、导轮和转子套构成一个增压级，多个增压级沿轴向串联，从首级至末级，叶轮和导轮轮毂直径逐渐扩大或叶轮、导轮外径逐渐减小，构成从入口到出口的收缩断面流道，也可采用等断面流道。吸入室为光滑过渡直通式吸入室，中心弹头状内腔a是一润滑油腔，流道中间加3∽6个起支承和导向作用的导叶，其中一个导叶为加厚导叶，由一个机械密封与吸入室流道弹头形内腔构成封闭腔a，由另外两个机械密封及轴承架构成封闭腔b，腔a、腔b为压力油腔，与油泵、进油管、回油管、冷却器、外油箱构成压力循环润滑系统，腔内压力高于输送介质压力0.05MPa；其控制系统由电机和压力功率控制电路组成，其中联轴器与电机联接，电机外接一压力功率控制电路。
根据以上所述轴流式油气混输泵及其控制系统，其推力轴承是一分块自调心浸油式推力轴承，其压水室是从轴向转为径向的矩形断面蜗形压水室。
根据以上所述的轴流式油气混输泵及其控制系统，其特征是控制系统中的压力功率控制电路是由温度变送器、变频器、功率调节器、运算放大器、功率变送器组成，功率变送器测量电机的功率因数COSΦ、电压U和电流I，得到电机功率Nf，送入运算放大器，与给定功率值Ng比较，产生ΔN，经功率调节器产生控制信号，通过变频器调节电机的转速，控制电机的功率，限制转轴的扭矩变化幅值，控制泵的出口压力。温度变送器测量轴承的温度，当温度超过警戒值时发出报警信号，当温度超过临界值时，发出关闭电机信号。
【附图说明】
图1是本发明泵的装配简图，图2是叶轮叶片形状图，图3是导轮叶片形状图，图4是吸入室结构剖视图，图5是推力轴承的结构图。
具体实现方式
如图1所示，本发明的轴流式油气混输泵包括吸入室1、混合室3、转轴4、机械密封、叶轮6、导轮7、转子套10、转子室11、压水室12、推力轴承15、轴承架14、联轴器18。
如图2所示，叶轮6为轴流浆叶或叶片，叶片包角Φ＝30°∽148°，叶片数8∽20个。如图3所示，导轮7为空间扭曲径向转轴向叶片，且叶片为长短间隔搭配，长短叶片各3～19个。叶轮、导轮和叶轮室构成一个增压级，多个增压级沿轴向串联，从首级至末级，叶轮和导轮轮毅直径逐渐扩大或叶轮、导轮外径逐渐减小，构成从入口到出口的收缩断面流道。
如图4所示，内腔为弹头形流线型流道的直吸式吸入室1。如图5所示，推力轴承15是分块自调心浸油式推力轴承，承受全部轴向力。镜板用两个小圆螺母固定在轴上，六块瓦以偏心球形接触面支承，各瓦块及支承件轴向尺寸相同，以保持各瓦受力均匀。
如图1所示，本发明采用密闭腔压力油循环润滑方式，由机械密封5与吸入室1的流道弹头形内腔构成封闭腔a，润滑一对向心推力球轴承和机械密封5的接触面；由机械密封13、机械密封17及轴承架14构成封闭腔b，润滑推力轴承15、圆柱滚子轴承和机械密封13的接触面；腔a、腔b为压力油腔，与油泵2、进油管20、回油管16、冷却器9、外油箱8构成压力循环润滑系统，腔内压力高于输送介质压力0.05MPa，保证沙粒不进入机械密封的接触面。
如图1、图6所示，本发明的控制系统由电机19和压力功率控制电路21组成，其中联轴器18与电机19联接，电机19外接一压力功率控制电路21。压力功率控制电路21是由温度变送器21-1、变频器21-2、功率调节器21-3、运算放大器21-4、功率变送器21-5组成，功率变送器21-5测量电机19的功率因数COSΦ、电压U和电流I，得到电机功率Nf，送入运算放大器21-4，与给定功率值Ng比较，产生ΔN，经功率调节器21-3产生控制信号，通过变频器21-2调节电机19地转速，控制电机的功率，限制转轴4的扭矩变化的幅值，控制泵的出口压力。温度变送器21-1测量轴承的温度，当温度超过警戒值时发出报警信号，当温度超过临界值时，发出关闭电机信号。
本发明的控制系统的目的是根据含气量变化自动调节转速以保持出口压力的基本稳定。当混输介质中的含气量下降时，输送的油含量则相对增加，混输介质的比重(重度)增加，电机的功率消耗增加，功率变送器将测得的功率值送入运算放大器与给定值比较，经功率调节器控制变频器，经变频器降低电机转速，保持泵的出口压力的稳定并限定功率和扭矩的变化幅值。当混输介质中的含气量上升时，输送的油含量则相对减少，混输介质的比重(重度)降低，电机的功率消耗降低，功率变送器将测得的功率值送入运算放大器与给定值比较，经功率调节器控制变频器，经变频器增加电机转速，保持泵出口压力的稳定。
介质经由直吸式吸入室1吸入，光滑地引入混合室3，混合室3为等断面流道，设四个翼型式导叶，起稳流和支撑作用，毂内布置机械密封。介质由混合室3流出进入叶轮6，经叶轮6获得压能和动能后进入导轮7，导轮7是固定不动的，它将介质的旋转动能转换为压力能，并由空间扭曲特殊形状叶片，使经过叶轮6后所产生的少量气液分离现象，进行气液混合，经过数级增压后，轴向流入蜗形压水室12，将介质的旋转动能转换为压力能后平稳地排出。
本发明可应用于近海油田和陆地油田的石油和天然气的输送，亦可用于化工、矿山等领域。