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多級(jí)混流式混輸泵氣液兩相增壓特性
發(fā)布時(shí)間：2025-04-17
多級(jí)混流式混輸泵氣液兩相增壓特性
戴曉宇 
徐強(qiáng) 楊晨宇蘇筱斌郭烈錦
（西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049）
DOI：10.11949/0438-1157.20240924
引用本文： 戴曉宇, 徐強(qiáng), 楊晨宇, 蘇筱斌, 郭烈錦. 多級(jí)混流式混輸泵氣液兩相增壓特性[J]. 化工學(xué)報(bào), 2025, 76(2): 554-563 (DAI Xiaoyu, XU Qiang, YANG Chenyu, SU Xiaobin, GUO Liejin. Gas-liquid two-phase pressurization characteristics of multistage mixed-flow multiphase pump[J]. CIESC Journal, 2025, 76(2): 554-563)
引 言
1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
1.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)路
1—儲(chǔ)液罐;2—給水泵;3—流量調(diào)節(jié)閥;4—液相流量計(jì);5—靜態(tài)混勻器;6—三級(jí)混流式混輸泵;7—扭矩轉(zhuǎn)速儀;8—變頻電機(jī);9—出口控制閥;10—高壓截止閥;11—?dú)庀嗾{(diào)節(jié)閥;12—空氣壓縮機(jī);13—高壓儲(chǔ)氣瓶;14—?dú)庖悍蛛x器
1—liquid tank; 2—centrifugal pump; 3—flow regulating valve; 4—liquid flowmeter; 5—mixer; 6—three-stage mixed-flow pump; 7—torque tachometer; 8—variable frequency motor; 9—outlet control valve; 10—high-pressure globe valve; 11—gas-phase regulating valve; 12—air compressor; 13—high-pressure gas storage cylinders; 14—gas-liquid separator
表1 葉輪與擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Structural parameters of impeller and diffuser
1.2 實(shí)驗(yàn)工況
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 單相水力性能
的計(jì)算公式如式（1）所示：
 | (1) |
為三級(jí)混流式混輸泵總增壓；
為液相體積流量；
為扭矩；
為轉(zhuǎn)速。為了驗(yàn)證泵設(shè)計(jì)方法的正確性，計(jì)算得到揚(yáng)程系數(shù)隨流量系數(shù)變化曲線，如圖3(b)所示。單相條件下，泵在不同轉(zhuǎn)速下的無(wú)量綱揚(yáng)程系數(shù)隨流量系數(shù)變化曲線高度重合，表明單相增壓具有相似性[ | (2) |
 | (3) |
為角速度；
為水力直徑。2.2 氣液兩相surging test
 | (4) |
為氣相體積流量。當(dāng)液相流量較小時(shí)，可以看到增壓曲線呈現(xiàn)波紋狀下降趨勢(shì)。隨著液相流量的增加，泵的增壓性能逐漸減弱，因而葉輪內(nèi)氣體的實(shí)際體積分?jǐn)?shù)上升，增壓曲線失去了原本的波紋狀特征。當(dāng)液相流量進(jìn)一步增大，氣體更為迅速地聚集，導(dǎo)致泵的性能進(jìn)一步惡化。
 | (5) |
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 | (7) |
與
分別為液相與氣相的密度。由圖4得知，當(dāng)液相流量相同時(shí)，混輸泵在不同轉(zhuǎn)速下的增壓隨入口含氣率變化曲線具有相同下降規(guī)律。圖6展示了不同轉(zhuǎn)速與液相流量下，三級(jí)混流式混輸泵氣液兩相揚(yáng)程系數(shù)隨流量系數(shù)變化散點(diǎn)圖。由圖可知，液相流量與最佳效率點(diǎn)流量比值保持不變時(shí)，混輸泵在不同轉(zhuǎn)速下的氣液兩相揚(yáng)程系數(shù)隨流量系數(shù)變化特征一致，具有強(qiáng)相似性。其中，液相流量為最佳效率點(diǎn)流量時(shí)，混輸泵在不同轉(zhuǎn)速下的增壓性能在無(wú)量綱流量系數(shù)達(dá)到4.0時(shí)經(jīng)歷了嚴(yán)重惡化，這意味著氣相和液相之間的相互作用力（如曳力、湍流擴(kuò)散等）在不同操作條件下沒(méi)有顯著差異。通過(guò)氣液兩相揚(yáng)程系數(shù)隨流量系數(shù)變化的散點(diǎn)圖，可以較為準(zhǔn)確地估計(jì)不同轉(zhuǎn)速與流量下的混輸泵性能，有助于泵的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及性能提升。
2.3 氣液兩相mapping test
2.4 入口壓力對(duì)混輸泵整體與級(jí)間氣液兩相增壓性能影響
