多相泵制造技术

提出了一种用于将多相工艺流体从低压侧输送到高压侧的多相泵，包括外壳体和壳，壳具有用于工艺流体的泵入口和泵出口，多相泵还包括泵转子，泵转子用于绕轴向方向旋转，泵转子布置在壳内，其中泵转子设计成将工艺流体从泵入口输送到泵出口。多相泵的特征在于，壳包括多个级段，并且多个级段包括单独的级段、布置在泵入口处的低压段和布置在泵出口处的高压段，其中，单独的级段布置在高压段和低压段之间，并且级段通过密封支撑结构保持在一起，壳布置在外壳体内。

【技术实现步骤摘要】
多相泵
本专利技术涉及一种根据独立权利要求的前序部分的用于输送多相工艺流体的多相泵。
技术介绍
多相泵用于许多不同的行业，在这些行业中，必须输送包含多种相（例如液相和气相）的混合物的工艺流体。重要的示例是油气加工行业，其中多相泵用于输送烃类流体，例如用于从油田中提取原油或用于通过管道或在炼油厂中输送油/气。鉴于对油气田的有效开发，如今对可以直接在海底上安装和操作的泵的需求不断增长，特别是在水面之下向下达到100m的深度、向下达到500m的深度或甚至向下达到1000m以上的深度。不用说，这种泵的设计具有挑战性，特别是因为这些泵应在困难的水下环境中长时间操作，并尽可能少地进行维护和维修工作。这需要进行特定的测量，以最小化所涉及的设备数量并优化泵的可靠性。化石燃料通常不以纯净形式存在于油田或气田中，而是以多相混合物形式存在，其包含液体成分、气体成分以及可能还包含固体成分（例如沙子）。这种例如原油、天然气和化学物质的多相混合物也可能包含海水和相当大部分的沙子，并且必须从油田或气田中泵送出来。为了这种化石燃料的输送，使用多相泵，该多相泵能够泵送还可能包含固体成分（例如沙子）的液气混合物。关于多相泵的设计的挑战之一是以下事实：在许多应用中，多相工艺流体的组成在泵的操作期间会发生强烈变化。例如，在开采油田期间，气相（例如天然气）和液相（例如原油）的比强烈变化。这些变化可能会非常突然地发生，并可能导致泵效率下降、泵振动或其它问题。通常通过无量纲气体体积分数（GVF）来测量多相混合物中的气相比例，该无量纲气体体积分数表示气体在多相工艺流体中的体积比。在油气行业的应用中，GVF可能在0％至100％之间变化。工艺流体组成的这些强烈变化可能导致泵至少在泵设计的工作范围之外暂时工作。减小GVF的大变化是已知的措施，以在多相泵的入口的上游提供缓冲罐。首先，将待由多相泵泵送的多相工艺流体供应到具有适当体积的缓冲罐，并且该缓冲罐的出口连接到泵的入口。通过这种措施，可以抑制GVF的强烈变化，从而改善泵的性能。油气行业中的现代多相泵可以处理具有高达95％或甚至更高的GVF的多相工艺流体。从GB-A-1561454、EP0486877或US5,961,282中已知用于具有增加的气体含量的多相混合物的泵送或压缩装置。EP2386767中对多相泵及其“振动问题”进行了专题介绍。EP2386767公开了一种用于输送多相混合物的螺旋轴向泵，其中多相泵包括流体动力稳定衬套，其在第一部分转子和第二部分转子之间具有稳定表面，以在稳定表面的前面形成稳定间隙。在这种多相泵的操作状态下，可以在稳定间隙中形成来自稳定介质的流体动力稳定层。流体动力稳定层的形成通过可预定的可容忍的措施减小或至少抑制了转子的有害振动。尽管存在这样的振动，但是显然需要具有更高压缩级数的泵，从而可以将具有更高气体含量的多相混合物压缩到更高的压力，从而可以更加可靠地泵送压缩的多相。为了获得多相混合物的足够高的压缩，串联设置多个数量的压缩级，每个压缩级由叶轮和定子组成（例如，高达十六个或更多个压缩级）。延长多相泵的长度的这种必要性具有决定性的缺点，即具有多个压缩级的这种长转子在振动方面非常难以控制。在这些泵的内部，长转子形成了振动系统，该振动系统尤其会形成各种横向振荡模式，其强度很大，以致于该泵无法以给定数量的回转或在某一回转场中操作。此外，泵的效率会降低，并且在最坏的情况下，在转子开始强烈振动且不受控制以致转子的部分与泵壳接触时，甚至会损坏泵。转子振动的类型和强度不仅取决于特定的几何形状，还取决于泵的操作状态、待泵送的多相混合物、泵的旋转速度以及其它已知参数，其中一些不是确切已知的，因此仅通过调整已知泵的几何关系或使用新材料来解决转子的有害振动的问题几乎不可能。关于转子的振动，转子的平衡非常重要。由于转子具有高水平的机械平衡，因此发生的振动要少得多（即使泵送的流体非常不均匀）。因此，关于多相泵的制造的挑战之一是要求确保实现高水平的机械平衡。转子的高平衡等级减轻了高或全气体工艺流提供的阻尼和刚度的降低。通过确保高平衡等级，当工艺流体特性的刚度和阻尼降低时，多相泵将更加坚固。现有技术的工艺是平衡转子，并且然后将转子密封在轴向分开的壳中。这样的壳是大型且复杂的制造产品，不太适合于最小化和模块化。
技术实现思路
从现有技术出发，本专利技术的目的是提出一种避免了现有技术的缺点的改进的多相泵。特别是，多相泵应在很大程度上避免转子的有害振动，从而更好地防止磨损。此外，应将转子的振动降低/衰减到预定的程度，以便可以实现转子的改进的运行，并使泵以更高的速度操作。另外，与现有技术中已知的可能的多相泵相比，新的多相泵应该能够配备有更多的压缩级。满足该目的的本专利技术的主题的特征在于独立权利要求的特征。因此，根据本专利技术，提出了一种用于将多相工艺流体从低压侧输送到高压侧的多相泵。该多相泵包括外壳体和壳，该壳具有用于工艺流体的泵入口和泵出口。多相泵还包括布置在壳内的、用于绕轴向方向旋转的泵转子，其中该泵转子被设计成用于将工艺流体从泵入口输送到泵出口。多相泵的特征在于，壳包括多个级段。多个级段包括单独的级段、布置在泵入口处的低压段和布置在泵出口处的高压段，其中，单独的级段布置在高压段和低压段之间。此外，多个级段通过密封支撑结构保持在一起，其中，壳布置在外壳体内。因此，该壳是多相泵的内壳。密封支撑结构布置在壳体内部的壳处。单独的级段布置在高压段和低压段之间，这意味着，单独的级段在轴向方向上布置在高压段和低压段之间。优选地，根据本专利技术的多相泵的壳包括多个级段，这意味着该壳至少径向地分成单独的级段、布置在泵入口处的低压段和布置在泵出口处的高压段。关于从现有技术中已知的径向分开的环形截面泵的级壳，本专利技术的级段优选地（根据其功能来命名）：抽吸壳（低压段），级壳（单独的级段；通常其中几个按顺序排列）和排放壳（高压段）。当组装时，通过密封支撑结构确保壳的压力紧固的连接。特别地，密封支撑结构可以被固定至高压段和低压段。在这种设置中，密封支撑结构通过高压段和低压段对级段加压，并且结果是将单独的级段紧固在高压段和低压段之间。在线性泵装置中，低压段和高压段优选是泵壳的端件。本专利技术的多相泵特别设计成具有串联布置的多个级段或相同类型的单独的级段。壳是至少三个级段的布置，其形成转子的壳。现有技术中已知的级壳应用于某些类型的多级泵中，但不适用于具有布置在壳中的壳体和壳的多相泵中。具有以串联布置安装的相同类型的多个级壳的泵的示例是环形截面泵。这种类型的泵通常用于电站应用中，例如作为锅炉馈送泵，并用于需要高压的工业应用中。多级泵的单独的级不一定必须串联布置。轴向推力的平衡可以通过将所述级背对背成对或成组布置来增强。从现有技术中已知的级壳与扩散器组合成单件。在已知的多级泵中，级壳主要用作低压应用的简单且成本有效的结构。泵转子的平衡起着很小的作用，因为工艺流体本身通常非常均质并且主要包含一相。因此，工艺流体的组成几乎没有变化来引起磨损。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将多相工艺流体从低压侧（LP）输送到高压侧（HP）的多相泵，包括外壳体和壳（10），所述壳（10）具有用于工艺流体的泵入口（2）和泵出口（3），所述多相泵（1）还包括泵转子（4），所述泵转子（4）用于绕轴向方向（A）旋转，所述泵转子（4）布置在所述壳（10）内，其中所述泵转子（4）设计成将工艺流体从泵入口（2）输送到泵出口（3），其特征在于，壳（10）包括多个级段（51、52、71、72、73），并且多个级段（51、52、71、72、73）包括单独的级段（71、72、73）、布置在泵入口（2）处的低压段（51）和布置在泵出口（3）处的高压段（52），其中，单独的级段（71、72、73）布置在高压段（52）和低压段（51）之间，并且多个级段（51、52、71、72、73）通过密封支撑结构（81、82）保持在一起，壳（10）布置在外壳体内。/n

【技术特征摘要】
20181121 EP 18207457.51.一种用于将多相工艺流体从低压侧（LP）输送到高压侧（HP）的多相泵，包括外壳体和壳（10），所述壳（10）具有用于工艺流体的泵入口（2）和泵出口（3），所述多相泵（1）还包括泵转子（4），所述泵转子（4）用于绕轴向方向（A）旋转，所述泵转子（4）布置在所述壳（10）内，其中所述泵转子（4）设计成将工艺流体从泵入口（2）输送到泵出口（3），其特征在于，壳（10）包括多个级段（51、52、71、72、73），并且多个级段（51、52、71、72、73）包括单独的级段（71、72、73）、布置在泵入口（2）处的低压段（51）和布置在泵出口（3）处的高压段（52），其中，单独的级段（71、72、73）布置在高压段（52）和低压段（51）之间，并且多个级段（51、52、71、72、73）通过密封支撑结构（81、82）保持在一起，壳（10）布置在外壳体内。


2.根据权利要求1所述的多相泵，其中，所述多个级段（51、52、71、72、73）包括多个单独的级段（71、72、73），并且所述多个单独的级段（71、72、73）包括第一单独的级段（71）和第二单独的级段（72），其中，第一单独的级段（71）和第二单独的级段（72）串联布置在高压段（52）和低压段（51）之间，其中，所述级段（51、52、71、72、73）通过密封支撑结构（81、82）保持在一起。


3.根据前述权利要求中任一项所述的多相泵，其中，所述泵转子（4）包括多个叶轮（42）和轴（41），所述多个叶轮（42）串联布置在所述轴（41）上。


4.根据前述权利要求中任一项所述的多相泵，还包括扩散器（6），所述扩散器（6）围绕所述轴（41）布置，其中，所述扩散器（6）设置在两个相邻的叶轮（42）之间，用于将工艺流体引向下一个叶轮（42）。


5.根据权利要求4所述的多相泵，其中，所述扩散器（6）在轴向上被分成两个半圆形环，并且所述两个半圆形环围绕所述轴（41）布置。


6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：M伯尔尼，N切米里斯，
申请(专利权)人：苏尔寿管理有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH