气液两相混合物小流量高扬程离心涡流泵的设计与实验分析外文翻译资料

附录 译文

气液两相混合物小流量高扬程离心涡流泵的设计与实验分析

摘 要

提出了小流量高扬程离心旋涡泵的设计方法。提出了配置有诱导器，复离心叶轮和开放涡旋叶轮的泵，以输送气液两相混合物。开发lITB-5 / 60型样品泵，并在闭环试验台上进行了测试。比较了纯水的实验结果，对气液两相混合物的性能和空化试验进行了实验研究。还分析并讨论了气相对泵的影响。实验结 果表明，随着气体体积分数的增加，样品的性能和空化特性逐渐恶化。当总容量在4.5和6之间且气体流量低于0.66或低于15％时，特性曲线与纯净水测试中的曲线大致平行，但性能急剧下降，直到在临界体积分数处突然切流为止。在额定容量为5且低于15％的情况下工作时，发现该泵适用于输送气液两相混合物。

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关键词 离心旋流泵；气液两相流体；性能和空化试验

1. 介绍

气液两相流在石油和天然气的开采和运输，医疗和废水处理等领域中普遍受到气液流泵的驱动。在美国，对气液两相流泵进行了许多研究，欧洲和日本[J-8]。国内研究主要集中在正位移恒定气体分数的双螺杆泵和轴流泵[9]。两种泵不仅价格昂贵，结构复杂，而且不适合输送高气体分数的气液两相流。因此，研究气液两相流泵。

近年来，已经对在低或固定气体碎片下工作的叶片泵进行了气液两相泵的许多实验研究[10，11]。没有关于在小流量高扬程条件下输送气液两相流的 涡旋泵性能的报告。本文提出了一种具有诱导器， 复离心叶轮和开旋叶轮的组合结构的离心涡流泵,以输送气液两相混合物。开发了HTB-5 / 60型测试样品泵，并在创新设计的闭环测试台上进行了测试。基于最大气体体积流量和抽气能力这两个关键因素，进行了性能和气穴测试项目。与泵的纯水实验结果 相比，揭示了泵的性能规律和空化特性。

1. 理论设计

2.1 水力计算

并联组合水力设计方法介绍了设计带诱导器的小流量高扬程离心涡旋泵， 即可以根据参考文献中提出的HICP（高速诱导器-离心泵）设计方法设计诱导器和离心叶轮。[12、13]，并且可以根据参考文献中的给定方法确定开涡流叶轮。[14，15]。

2.1.1 开头

离心涡流的量程H可通过一下公式计算

(1)

其中，和分别代表测试泵的总压头，分别是复合离心叶轮和开放涡旋叶轮产生的单个压头。

2.1.2 效率

离心涡旋泵的效率T /可以通过

(2)

其中和分别是复式离心叶轮和开放涡旋叶轮的效率。

2.2 叶轮设计

2.2.1 复式离心叶轮

（3）

（4）

图1 离心涡流泵HTB-5 / 60的配置

1-入口套管；2-诱导剂;3离心叶轮；4-级扩散器;5-抽吸; 6-放电;7-涡旋叶轮;8个出口套管；9轴套筒

（5）

（6）

2.2.2 开旋叶轮

（7）

（8）

（9）

2.3 测试样品泵的参数

表1列出了测试泵的主要性能参数。表2列出了由实验公式确定的该泵的主要几何参数。

HTB-5/60型离心涡流泵[16]的中心部分结构如图1所示。离心式叶轮（图2）设计为复杂叶轮，其后是级间扩散器和开涡旋叶轮（图3）。此外，诱导剂安装在复杂离心式叶轮的入口是改善离心涡流泵空化特性的关键措施之一[14，17]。

图2 复合离心叶轮

图3 涡旋叶轮

1. 实验条件和分析

3.1 测试设备

离心式涡流泵的测试台是标准的闭环系统，包括测试泵，用于气液两相混合物的电磁流量计，水环真空泵和空气压缩机。图4中所示的试验台中的组件说明遵循流动方向，从测试泵（2）开始。

用于测试的气体由空气压缩机（14）供应。浮子式流量计（9）用于测量气体的容积率qg，并且汽蚀测试的试验台也是一个带水环真空泵（6）的闭环，用于改变入口静压。受测试条件的限制，无法模拟气液两相流的真实状态，因此假设气液两相流为均质。

为了减少气相电阻的影响，避免产生大气泡，分散气相并防止气液两相混合物不均匀，在直管中安装了一个简单的“气液混合物蜗壳”（3）靠近入口。蜗壳（3）将来自空气压缩机（14）的气体混合到来自储液罐（5）的液体中，是直径为150毫米，宽 度为50毫米的圆柱。试验泵进口处的吸入管应保持水平，其直径应一致，长度应不少于1 m。上述测量可以防止气液两相混合物涡流，大脉冲和气体泄漏。

3.2 气液两相混合实验的实验方法

基于气体流率的容差和气液两相混合物的泵送能力这两个关键因素，通过与纯水测试相比较的方式进行了性能和空化测试的测试项目，如下所示：列于表3。根据气液两相容量范围

图4 封闭式试验台的示意图

1. 电机 2-次测试泵；3-混合蜗壳;4,22,23-液压密封式闸阀;5-流体储库6-水环真空泵；7,11,12,19,21-缓冲罐; 8-手动控阀；9-浮式流量计;10-电磁过滤器；13,17,18- 铜阀；14-空气压缩机；15-空气减压阀；16-SMC自动阀；20-电磁流量计

表3 气液两相混合物性能及汽蚀试验项目

如表4所示，必须控制测试点，其中原始容量Q_m和下表字母m分别表示气液两相混合物和混合液的容量。

表4 气液两相混合物与纯水操作的测试点比较

3.3 性能测试

3.3.1 预设的性能测试

手动对浮子式流量计进行微调，以获得的设定值，该值在气液两相性能测试过程中逐渐增加。对于大的或高的，气体相位对泵的性能有很大影响，甚至会导致切流。因此,大的或高的之间的测试间隔必须很小。总体性能曲线如图5所示，与纯水运输测试相比，气液两相混合物输送的曲线在处进行。

图5 手动控制q的气液两相混合物的整体性能曲线

■纯净水 H; □气液 H； ▼纯净水 P； ▽气液混合 P；

●纯净水 ; ○气液混合 ; ★纯净水 ; ☆气液混合 ；

从图5可以看出，由于气相存在的影响，气液两相混合物的扬程曲线和效率-流量曲线都比纯水试验中的低的总混合物流体容量下降到约4 m3·-h I以下，直至接近或超过某个临界气体分数的突然截流。

通过调节气体流量并保持固定的总容量（即气液容量）来进行进一步的性能测试（两相混合物）分别为设计容量的1.20，1.00，0.90，0.80和0.50倍。当时的性能测量是以固定的形式形成，同时通过调节出口节流阀来保持总容量，直到无法维持设定的，

图6（a）和图6（b）是在不同下，在不同总气液两相混合物容量下，试验泵的效率。

1. 泵的性能逐渐下降随着的增加。
2. 当接近15％时，由于气相的优势，特性曲线突然下降。
3. 在以上容量的P9int中，可以在的容量范围内变化很大. 考虑到测试泵的整体性能，请确保额定容量点5是最佳的气液两相混合容量点，最大约为0.66 和气体含量约等于13％，远远超出了单级离心泵和涡旋泵的性能和特性。

1. 曲线

1. 曲线

图6 不同容量下气液两相混合物测试的特性曲线

：○6；*5；●4.5；■4；▲2.5

3.3.2 的各种性能测试

在0.2，0.36，0.48，0.60，0.66和0.69的条件下进行测试。每隔两次测试后，应停止泵以清除泵和管道中残留的气体。图7（a）至7（c）是总扬程H，效率和输入功率P在总原始容量下使用具有不同下的测试泵。结果如下。

1. 对于固定的和低于15％，其特性曲

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