一种油田注水泵径向导叶水力设计方法技术

本发明专利技术涉及一种径向导叶水力设计方法，特别涉及一种油田注水泵径向导叶水力设计方法。本发明专利技术通过公式来确定导叶基圆直径D3、导叶喉部轴面宽度b3、导叶进口角α3、导叶叶片数z、导叶喉部平面宽度a3、导叶出口直径D4、导叶叶片入口厚度δ、导叶扩散段长度L、导叶进口轴向宽度a3、导叶扩散角等导叶的重要设计参数。本发明专利技术的目的在于，为离心式注水泵导叶提供一种科学、系统、更加完备的设计方法，拓宽注水泵的高效区间，延长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种径向导叶水力设计方法，特别涉及一种油田注水泵径向导叶水力设计方法。
技术介绍
油田注水泵用于油田开发中的注水作业，注水的作用在于有效地补充地层能量，使采油效率更高，保障油田产油的能力和稳定性。注水系统对油田开采极其重要且耗电量非常巨大，可以占到采油厂用电的三成以上。所以，对于注水系统关键部件注水泵的性能要求是很高的，提高现有注水泵效率、可靠性和稳定性对于降低生产成本意义重大。在油田开采的中后期，采油区需要的注水量与开采前期不同，须要用泵阀调节流量，这时泵的运行工况点会偏离泵的高效区，将会消耗更多电能。此外，油田注入水的水质较差，具有腐蚀性，还存在结垢现象，显著影响了注水泵的使用寿命，这也是目前注水泵设计务必考虑的地方。在离心式油田注水泵中，导叶是除叶轮之外最重要的过流部件，其作用在于将流体的动能转化成压能，同时消除流动环量。导叶设计合理与否直接影响注水泵的各项性能。若要拓宽注水泵的高效区域，延长使用寿命，势必要对现行导叶水力设计方法进行优化。本专利技术人在此提出一种油田注水泵径向导叶水力设计方法，不仅对现有参数设计公式进行了完善改进，而且融入了更多在生产实践当中行之有效的经验公式，对扩大注水泵的高效区、延长使用寿命都有着积极作用。专利技术目的目前离心式油田注水泵的设计方法尚不够完善，个别经验类公式也已使用多年没有随着不断的生产实践与时俱进加以修正。本专利技术的目的在于，为离心式注水泵导叶提供一种科学、系统、更加完备的设计方法，拓宽注水泵的高效区间，延长使用寿命。
技术实现思路
本专利技术充分考虑了油田注水泵的性能要求和工作环境的特殊性，改善了相关参数的设计方法，尤其对叶片数的确定方法做了独创性设计，以保证使用该方法设计的导叶在生产实际中具有更优良的表现。目的所采用的技术方案是：(1).以导叶扩散段出口面积F4为出发点进行设计，逐步对各个相关参数加以确定式中F4——导叶扩散段出口面积，m2；D3——导叶基圆直径，m；——导叶扩散角，弧度；F3——导叶喉部面积，m2。(2).导叶喉部平面宽度a3a3＝(-0.001437z3+0.04615z2-0.4314z+1.944)b3(4)式中a3——导叶喉部平面宽度，m；z——导叶叶片数，个；b3——导叶喉部轴面宽度，m。(3).导叶叶片数zZ=Qb3211.58ns-1.013+0.28232gH---(5)]]>式中Q——流量，m3/h；ns——比转速；g——重力加速度，m/s2；H——扬程，m。(4).导叶进口宽度b3b3=b2+3.204×10-7Rs3-8.489×10-5ns2+0.007579ns+1.854,ns∈(1,100)(6)b3=b2+3.487-1.535cos(0.01941ns)+0.3561sin(0.01941ns),ns∈(100,200)(7)b3=b2+-0.2412ns2+76.01nsns+1.578,ns∈(200,300)(8)]]>式中b2——叶轮叶片出口宽度，m。(5).导叶基圆直径D3D3=D2+4.224e-(ns-224.8)247.622+6.667e-(ns-157.4)2129.32,ns∈(1,150)(9)D3=D2+6.371-3.447cos(0.02882ns)-1.427sin(0.02882ns),ns∈(150,250)(10)D3=D2+0.001476ns2+0.02713ns+1.528,ns∈(250,300)(11)]]>式中D2——叶轮出口直径，m。(6).导叶扩散角通常取5°到9°之间的某一个值。(7).导叶扩散段长度LL=(-1.287+0.04596α3+1.034-0.005772α3D3-0.05D32)a3---(12)]]>式中L——导叶扩散段长度，m；α3——导叶进口角，弧度。(8).导叶进口角α3tanα3=0.007775α2′3-0.06727α2′2-83.3α2′+4665α2′2-118.8α2′+4486tanα2′---(13)]]>式中α2’——叶轮出口绝对液流角，弧度。(9).导叶出口直径D4式中D4——导叶出口直径，mδ——导叶叶片入口厚度，mm。根据上述步骤，可以得到一种科学的、系统的、精确的导叶主要参数的设计方法。通过上述计算可以确定导叶的主要几何参数，包括导叶基圆直径、导叶喉部轴面宽度、导叶进口角、导叶叶片数、导叶喉部平面宽度、导叶出口直径、导叶叶片入口厚度、导叶扩散段长度、导叶进口轴向宽度、导叶扩散角等等。通过上述方法设计的离心式油田注水泵导叶可以减少调节泵阀引起的能量消耗增幅，也能有效延长注水泵的年限。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。图1是注水泵导叶的平面图。图2是注水泵导叶的轴面图。图1中：1.a3，2.α3，4.D4，5.D3，A-B弧线为导叶扩散段长度L，7.导叶叶片入口厚度δ。图2中：6.b3。具体实施方式本专利技术通过以下几个公式来确定导叶基圆直径D3、导叶喉部轴面宽度b3、导叶进口角α3、导叶叶片数z、导叶喉部平面宽度a3、导叶出口直径D4、导叶叶片入口厚度δ，导叶扩散段长度L、导叶进口轴向宽度a3、导叶扩散角等导叶的重要设计参数。该实施例是在给定设计工况流量Q范围、设计工况扬程、设计比转速ns等的前提下，计算导叶参数：a3＝(-0.001437z3+0.04615z2-0.4314z+1.944)b3(4)Z=Qb3211.58ns-1.013+0.28232gH---(5)]]>b3=b2+3.204×10-7ns3-8.489×10-5ns2+0.007579ns+1.854,ns∈(1,100)(6)b3=b2+3.487-1.535cos(0.01941ns)+0.3561sin(0.01941ns),ns∈(100,200)(7)b3=b2+-0.2412ns2+76.01nsns+1.578,ns∈(200,300)(8)]]>D3=D2+4.224e-(ns-224.8)247.622+6.6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油田注水泵径向导叶水力设计方法，提供导叶设计的主要几何参数，包括导叶基圆直径D3、导叶喉部轴面宽度b3、导叶进口角α3、导叶叶片数z、导叶喉部平面宽度a3、导叶出口直径D4、导叶扩散段长度L、导叶进口轴向宽度a3、导叶扩散角等，其特征在于导叶几何参数与泵设计工况点性能参数Q、H、ns适合以下关系：式中F4——导叶扩散段出口面积，m2；D3——导叶基圆直径，m；——导叶扩散角，弧度；F3——导叶喉部面积，m2。

【技术特征摘要】
1.一种油田注水泵径向导叶水力设计方法，提供导叶设计的主要几何参数，包括导叶基圆直
径D3、导叶喉部轴面宽度b3、导叶进口角α3、导叶叶片数z、导叶喉部平面宽度a3、导叶出
口直径D4、导叶扩散段长度L、导叶进口轴向宽度a3、导叶扩散角等，其特征在于导叶几
何参数与泵设计工况点性能参数Q、H、ns适合以下关系：
式中
F4——导叶扩散段出口面积，m2；
D3——导叶基圆直径，m；
——导叶扩散角，弧度；
F3——导叶喉部面积，m2。
2.导叶喉部平面宽度a3设计公式如下：
a3＝(-0.001437z3+0.04615z2-0.4314z+1.944)b3(4)
式中
a3——导叶喉部平面宽度，m；
z——导叶叶片数，个；
b3——导叶喉部轴面宽度，m。
3.如权利要求2所述，导叶叶片数z设计公式如下
z=Qb3211.58ns-1.013+0.28232gH---(5)]]>式中
Q——流量，m3/h；
ns——比转速；
g——重力加速度，m/s2；
H——扬程，m。
4.导叶进口宽度b3设计公式如下：
b3=b2+3.204×10-7ns3-8.489×10-5ns2+0.007579ns+1.854,ns∈(1,100)(6)b3=b2+3.487-1.535cos(0.01941ns)+0.3561sin(0.01941ns),ns∈(100,200)(7)b3=b2+-0.2412ns2+76.01nsns+1.578,ns∈(200,300)(8)]...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱荣生，刘永，王秀礼，付强，王学吉，钟华舟，张本营，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32