一种具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法技术

本发明专利技术提供了已知最大流量Qmax、1/2Qmax处设计扬程H1/2、1/4Qmax处设计扬程H1/4、3/4Qmax处设计扬程H3/4和额定转速n参数，调整叶轮的几何参数，叶轮出口直径D2，叶轮进口直径Ds，叶轮出口宽度b2，第一组叶片进口边L1，第二组叶片进口边L3，第一组叶片出口边L2，第一组叶片进口安放角β11，第一组叶片出口安放角β21，第一组叶片包角φ1，第二组叶片进口安放角β12，第二组叶片出口安放角β22，第二组叶片包角φ2，两组叶片之间的圆周相对角度θ。本发明专利技术可以使潜油电泵适应多变的油井产能，保证潜油电泵的长期安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法
本专利技术涉及潜油泵领域，特别涉及一种具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法。
技术介绍
在我国海上油田，85％的机采油井依靠潜油电泵抽取原油，其产量贡献达到90％以上。目前，由于油田油藏地质不确定、定向井、增产措施(如因供液能力巨大变化采取的换大泵提液、供液不足环空补液生产)等原因，导致大部分油井的实际产能无法在产前准确预测。而常规电泵机组推荐的流量-扬程曲线覆盖范围较窄，潜油电泵往往不能在其高效区内运行(即运行流量工况位于额定流量点的70％～125％之间)。传统的潜油电泵在使用过程中，由于长期偏离高效区，常常出现使用寿命极短的现象。这样由于缺少必要的设计方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法，可以使潜油电泵适应多变的油井产能，保证潜油电泵的长期安全稳定运行。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法，已知最大流量Qmax、1/2Qmax处设计扬程H1/2、1/4Qmax处设计扬程H1/4、3/4Qmax处设计扬程H3/4和额定转速n参数，由下面公式计算叶轮进口直径Ds：其中：Qmax为最大流量，m3/h；n为额定转速，r/min；dh为轮毂直径，m；ks-潜油泵叶轮进口尺寸系数，取值范围ks＝4.0～4.5；Ds为叶轮进口直径，m。进一步，叶轮出口直径D2的设计公式：其中：H1/2为1/2Qmax处设计扬程，m；n为额定转速，r/min；ψ为D2修正系数，取值范围ψ＝1.1～1.17exp(-0.008ns)；ns为比转速，g为重力加速度，m/s2；D2为叶轮出口直径，m。进一步，叶轮出口宽度b2的设计公式：其中：kb为b2修正系数，取值范围当ns的范围为100～150时，kb取较小值；当ns偏离该范围时，kb取较大值；b2为叶轮出口宽度，m。进一步，第一组叶片进口安放角β11和第一组叶片出口安放角β21的设计公式：其中：kβ为进口安放角修正系数，取值范围kβ＝10°～20°；且ns越大，kβ的取值越小；rinlet1为第一组叶片进口边上任意一点至旋转轴的垂直距离，m；Qmax为最大流量，m3/h；Ds为叶轮进口直径，m；dh为轮毂直径，m；rout1为第一组叶片出口边上任意一点至旋转轴的垂直距离，m；routlet1-hub为后盖板与第一组叶片出口边交点至旋转轴的垂直距离，m；routlet1-shroud为前盖板与第一组叶片出口边交点至旋转轴的垂直距离，m；β11为第一组叶片进口安放角，度；β21为第一组叶片出口安放角，度。进一步，所述第一组叶片包角φ1、第一组叶片进口边L1位置和第一组叶片出口边L2位置确定方法如下：所述第一组叶片包角φ1：φ1＝30～60°，且ns越大，则φ1越小；所述第一组叶片进口边L1位置：以叶轮进口为基准，第一组叶片进口边L1与流道轴面投影中心线L的交点位P1于流道轴面投影中心线L的20％～35％之间；所述第一组叶片出口边L2位置：以叶轮进口为基准，第一组叶片出口边L2与流道轴面投影中心线L的交点P2位于流道轴面投影中心线的60％～70％之间。进一步，第二组叶片进口安放角β12和第二组叶片出口安放角β22的设计公式：β12＝β21+(15～30)其中：routlet2-第二组叶片出口边上任意一点至旋转轴的垂直距离，m；routlet2-hub-后盖板与第二组叶片出口边交点至旋转轴的垂直距离，m；routlet2-shroud-前盖板与第二组叶片出口边交点至旋转轴的垂直距离，m；H1/2为1/2Qmax处设计扬程，m；H3/4为3/4Qmax处设计扬程，m；β12为第二组叶片进口安放角，度；β22为第二组叶片出口安放角，度。进一步，所述第二组叶片包角φ2、第二组叶片进口边L3位置和第二组叶片出口边L4位置确定方法如下：所述第二组叶片包角φ2：φ2＝10～30°，且ns越大，则φ2越小；所述第二组叶片进口边L3位置：以叶轮进口为基准，第二组叶片进口边L3位置位于第一组叶片出口边L2前端，与流道轴面投影中心线L的交点P3位于流道轴面投影中心线的55％～65％之间；所述第二组叶片出口边L4位置：第二组叶片出口边L4位置与叶轮流道出口相同。进一步，所述第一组叶片与第二组叶片之间相邻叶片的圆周夹角0为5～15°，且ns越大，夹角0越大。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法，该设计方法通过两组叶轮叶片的配合设计与布置，实现潜油泵使用工况范围的拓宽。2.本专利技术所述的具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法，可以使潜油电泵适应多变的油井产能，保证潜油电泵的长期安全稳定运行。3.本专利技术所述的具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法，在设计过程中引入最大流量作为基本设计参数，潜油电泵叶轮的最大使用流量对潜油电泵的宽幅性能起决定性作用，这样设计保证潜油电泵的长期安全稳定运行。附图说明图1为本专利技术所述的潜油泵的叶轮轴面剖视图。图2为本专利技术所述的叶轮叶片角度关系视图。图3为本专利技术所述的叶轮叶片长度关系视图。图4是本专利技术的一个实施例的叶轮扬程随流量变化数值预测结果与传统设计叶轮扬程随流量变化数值预测结果的对比。图5是本专利技术的一个实施例与传统设计叶轮在大流量工况下叶轮流道内介质流动规律的对比。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。图1、图2与图3共同决定了这个实施例的叶轮水力设计方案。潜油泵叶轮流道内布置两组叶片，各组叶片在周向均为周期性布置，第一组叶片布置在叶轮流道的前半部分，第二组叶片布置在叶轮流道的后半部分。在技术方案的实施过程中：本专利技术通过以下关系式逐步调整叶轮的几何参数，叶轮出口直径D2，叶轮进口直径Ds，叶轮出口宽度b2，第一组叶片进口边L1，第二组叶片进口边L3，第一组叶片出口边L2，第一组叶片进口安放角β11，第一组叶片出口安放角β21，第一组叶片包角φ1，第二组叶片进口安放角β12，第二组叶片出口安放角β22，第二组叶片包角φ2，两组叶片之间的圆周相对角度θ等，使得这个实施例的潜油泵性能能够满足最大流量Qmax，1/2Qmax处设计扬程H1/2，1/4Qmax处设计扬程H1/4，3/4Qmax处设计扬程H3/4，额定转速n的要求。由下面公式计算叶轮进口直径Ds：其中：Qmax为最大流量，m3/h；n为额定转速，r/min；dh为轮毂直径，m；ks-潜油泵叶轮进口尺寸系数，取值范围ks＝4.0～4.5；Ds为叶轮进口直径，m。叶轮出口直径D2的设计公式：其中：H1/2为1/2Qmax处设计扬程，m；n为额定转速，r/min；ψ为D2修正系数，取值范围ψ＝1.1～1.17exp(-0.008ns)；ns为比转速，g为重力加速度，m/s2；D2为叶轮出口直径，m。叶轮出口宽度b2的设计公式：其中：kb为b2修正系数，取值范围当ns的范围为100～150时，kb取较小值；当ns偏离该范围时，kb取较大值；b2为叶轮出口宽度，m。第一组叶片进口安放角β11和第一组叶片出口安放角β21的设计公式：其中：kβ为进口安放角修正系数，取值范围kβ＝10°～20°；且ns越大，kβ的取值越小；rin本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法，其特征在于，已知最大流量Qmax、1/2Qmax处设计扬程H1/2、1/4Qmax处设计扬程H1/4、3/4Qmax处设计扬程H3/4和额定转速n参数，由下面公式计算叶轮进口直径Ds：

【技术特征摘要】
1.一种具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法，其特征在于，已知最大流量Qmax、1/2Qmax处设计扬程H1/2、1/4Qmax处设计扬程H1/4、3/4Qmax处设计扬程H3/4和额定转速n参数，由下面公式计算叶轮进口直径Ds：其中：Qmax为最大流量，m3/h；n为额定转速，r/min；dh为轮毂直径，m；ks-潜油泵叶轮进口尺寸系数；Ds为叶轮进口直径，m。2.根据权利要求1所述的具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法，其特征在于，叶轮出口直径D2的设计公式：其中：H1/2为1/2Qmax处设计扬程，m；n为额定转速，r/min；ψ为D2修正系数，取值范围ψ＝1.1～1.17exp(-0.008ns)；ns为比转速，g为重力加速度，m/s2；D2为叶轮出口直径，m。3.根据权利要求1所述的具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法，其特征在于，叶轮出口宽度b2的设计公式：其中：kb为b2修正系数，取值范围当ns的范围为100～150时，kb取较小值；当ns偏离该范围时，kb取较大值；b2为叶轮出口宽度，m。4.根据权利要求1所述的具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法，其特征在于，第一组叶片进口安放角β11和第一组叶片出口安放角β21的设计公式：其中：kβ为进口安放角修正系数，取值范围kβ＝10°～20°；且ns越大，kβ的取值越小；rinlet1为第一组叶片进口边上任意一点至旋转轴的垂直距离，m；Qmax为最大流量，m3/h；Ds为叶轮进口直径，m；dh为轮毂直径，m；rout1为第一组叶片出口边上任意一点至旋转轴的垂直距离，m；routlet1-hub为后盖板与第一组叶片出口边交点至旋转轴的垂直距离，m；routlet1-shroud为前盖板与第一组叶片出口边交点至旋转轴的垂直距离，m；β11为第一组叶片进口安放角，度；β21为第一组叶片出口安放角，度。5.根据权利要求4所述的具有宽幅特性的潜油泵叶轮设计方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨阳，施卫东，周岭，肖宇，王万宏，韩勇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32