油气混输技术是针对深海油气资源开发和输送的特种技术,油气混输泵作为能够同时输送原油和石油伴生气的设备,成为了油气混输技术的关键设备。轴流式混输泵因其输送流量大、能适应高含气率工况和结构紧凑而被广泛应用。但目前轴流式油气混输泵设计中的结构参数多是依据轴流泵的设计经验取得,未必是轴流式混输泵最佳参数。本课题以理论设计和数值模拟相结合的方法研究了结构参数变化对轴流式油气混输泵压缩单元性能的影响,主要研究内容和结果包括:1.叶片厚度沿半径方向变化规律对混输泵水力性能影响的研究。首先,参考叶片排挤系数,定义参数ξ表征叶片在叶栅流面内面积占比。其次,分别以原混输泵动叶和静叶叶片参数为初始叶片结构参数,调整动叶和静叶各叶栅流面内系数ξ的值,反解求得不同叶栅流面内叶片厚度,并完成模型的建立。最终,数值模拟结果表明:流道内气液分布情况与流道内半径方向的压力梯度有关,流道内沿半径方向压力梯度越大,气液分离越严重;当动叶Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ流面内的叶片面积占比增加0.01时,动叶流道内沿半径方向压力梯度最低,气液分离程度降低,有利于气体从流道排出和提高轴流式油气混输泵的水力性能,在大流量工况下效率增加了2.1%;当静叶叶栅流面内的叶片面积占比增加0.01时,混输泵效率影响不大。2.静叶安放角变化规律对混输泵水力性能影响的研究。首先,依据速度三角形和静叶进口无冲击条件确定静叶进、出口安放角。然后,利用流线方程和Matlab软件相结合,得出安放角线性变化和非线性变化规律的静叶翼型。结果表明:静叶安放角变化规律对静叶流道内气体分布产生的影响明显;通过数值模模拟发现:在气体体积分数GVF=0.1工况下安放角按照方案3变化规律的静叶水力性能最优,相比线性变化的静叶其效率增加了1.2%;就压力负载而言,安放角按线性变化的静叶模型的压力负载分布更接近理想状态,安放角沿轴面流线非线性变化的静叶压力面与吸力面的最大压差位置随着流道长度增加逐渐移向静叶出口边。3.轮毂形状对混输泵水力性能影响的研究。首先,依据混输泵结构特点提出过水断面轮毂比控制轮毂形状的方法。然后,以直锥形轮毂为原模型在保证动静进口边轮毂比、动静叶轴向长度不变和轮缘半径不变的前提下,通过控制各截面轮毂比的变化得到5种曲面形轮毂。数值模拟结果表明:流道内气体聚集阻碍了流动介质的轴向流动,曲面轮毂可以降低气体阻碍程度;增加轮毂中间段半径可以降低流道内沿半径方向的压力梯度,动叶及静叶的进、出口边的漩涡程度和二次流程度均降低,且静叶流道内压力先上升再降低,其中L4模型流场内的流动介质流动更稳定,气液分离程度最低,综合水力性能最优。