深井泵泵內(nèi)流場(chǎng)的試驗(yàn)鉆研
鉆研泵內(nèi)流場(chǎng)尤其是混相流流場(chǎng)是改善深井泵性能的要害。隨著PIV技能、LDV技能及低聲波技能的日趨成熟，人們?cè)?jīng)能夠利用該署先進(jìn)的流場(chǎng)測(cè)試技能在不煩擾流場(chǎng)的狀況下繼續(xù)高精度的測(cè)量。在加拿大已有人運(yùn)用該署先進(jìn)技能鉆研深井泵流場(chǎng)，酒精大學(xué)(北京)陸地力學(xué)嘗試室對(duì)準(zhǔn)該問題利用PIV(粒子成像測(cè)速技能)繼續(xù)了嘗試鉆研，其重要意思是測(cè)定相反流量時(shí)泵內(nèi)流場(chǎng)的散布法則，并比照單相及混相流時(shí)深井泵內(nèi)流場(chǎng)的異同。
1粒子成像測(cè)速及圖像解決技能
粒子成像測(cè)速(PIV)技能的根本原理①是利用撒在流體中的粒子對(duì)光的散射作用，用光學(xué)的步驟紀(jì)錄下粒子在相反聲刻在流場(chǎng)中的地位，從而失去粒子的位移，基于粒子對(duì)流場(chǎng)的追隨性，測(cè)出粒子所在地位中流體的進(jìn)度及剎時(shí)靜止參數(shù)。
使用PIV技能，對(duì)流場(chǎng)中泛濫的粒子狀況能夠按工夫倒敘經(jīng)過屢次暴光紀(jì)錄在同一圖像上，也能夠經(jīng)過高速錄相機(jī)紀(jì)錄在相反的圖形上。利用無關(guān)的物道學(xué)及力學(xué)的假如和定理，并依據(jù)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模子，經(jīng)過一系列數(shù)字演算即可得出反映流場(chǎng)特點(diǎn)的參數(shù)(粒子位移、進(jìn)度等)。通常，PIV零碎重要由照明零碎、PIV圖像紀(jì)錄存儲(chǔ)零碎以及PIV解決零碎組成。
2中型氣液兩相深井泵模仿嘗試安裝
深井泵在井下作業(yè)，其作業(yè)介質(zhì)也不是單相的，故很難對(duì)當(dāng)場(chǎng)作業(yè)的深井泵的流場(chǎng)繼續(xù)理論測(cè)試。另外，因?yàn)楦饔吞镉途貙訔l件很簡(jiǎn)單，難以找到正常性的法則，因而，在試驗(yàn)室里構(gòu)建了一套中型氣液兩相深井泵模仿嘗試安裝，如圖1所示。
該模仿嘗試安裝重要由液壓掌握零碎及氣動(dòng)掌握零碎組成。為了繼續(xù)可視化鉆研，深井泵模子泵筒及柱塞均采納有機(jī)玻璃打造，其泵徑為57mm，柱塞長(zhǎng)短為0.3m，可模仿沖程為0～0.6m,沖次為0～6次/s,內(nèi)壓為0.7MPa的工況條件。
3嘗試內(nèi)中
采納與原油密度及粘度相近的輕工業(yè)白油作為嘗試介質(zhì)，用與白油密度瀕臨的GDX501聚苯乙烯小球作為示蹤粒子。運(yùn)用10W的氖激光產(chǎn)生器及相應(yīng)的光路零碎造成的強(qiáng)片光源作為PIV攝像的照明光源，并采納錄像或照相的步驟攝制PIV圖像。對(duì)準(zhǔn)相反的工況，別離對(duì)單相和氣液兩相流介質(zhì)條件下深井泵泵筒、泵閥、柱塞等部位繼續(xù)了PIV圖像的錄制和照相，以備進(jìn)一步繼續(xù)綜合解決。
4試驗(yàn)后果及綜合
因?yàn)閷?duì)深井泵生動(dòng)閥部位流場(chǎng)的鉆研已有相應(yīng)的鉆研成績(jī)，而且氣液兩相流PIV圖像解決程序不欠缺，故那里偏重于綜合固定介質(zhì)為單相流體時(shí)深井泵吹動(dòng)閥及柱塞部位的流場(chǎng)。
4.1深井泵泵閥靜止法則
在嘗試中發(fā)現(xiàn)，深井泵泵閥的靜止法則和以住人們對(duì)它的意識(shí)不徹底相反，它的靜止除非有垂直位置的曲線靜止，還隨同有兩種繚繞靜止。當(dāng)柱塞靜止進(jìn)度較時(shí)辰，閥球繞程度軸高低繚繞；當(dāng)柱塞靜止進(jìn)度較大時(shí)，閥球繞豎直軸程度自轉(zhuǎn)況且沿閥座內(nèi)孔邊角即閥座孔重心軸自轉(zhuǎn)。其繚繞角進(jìn)度與柱塞的靜止進(jìn)度無關(guān)，柱塞靜止進(jìn)度越大，閥球繚繞角進(jìn)度就越大。閥球的非凡靜止內(nèi)容重要與閥球、閥座構(gòu)造的非凡性及流體的沖鋒陷陣無關(guān)。深井泵泵閥是一個(gè)球狀閥件，當(dāng)流體繞過它固定時(shí)，在其后部將產(chǎn)生附面層的脫離景象，同聲產(chǎn)生一個(gè)橫向激能源。因?yàn)殚y球的對(duì)稱性，這種橫向激能源將沿閥球的“赤道”四周周而復(fù)始地挪動(dòng)，使閥球不是前后坐落閥座孔軸心線上，而是偏離一個(gè)間隔且緊貼在閥座邊角上繚繞，這就是“自轉(zhuǎn)”景象。
另外，因?yàn)榱黧w固定的平衡固以及閥球的偏離造成流體閥球固定的不對(duì)稱性，對(duì)閥球?qū)a(chǎn)生定然的撓動(dòng)，使某個(gè)橫向力不是作用來球心，而是在水立體上又有定然的偏頗，使閥球在水立體上再有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，即“自轉(zhuǎn)”景象。之上論斷是在純液體狀況下失去的。在氣液混相流時(shí)，因?yàn)闅馀莸拇嬖冢鲌?chǎng)擾動(dòng)更加猛烈，而且氣泡對(duì)閥球存在定然的沖鋒陷陣作用，此時(shí)閥球靜止就更加簡(jiǎn)單，除非繚繞靜止以外，再有高低猛烈的撲騰。
4.2單相流吹動(dòng)閥球的PIV圖像解決后果
從深井泵吹動(dòng)閥部位的流場(chǎng)進(jìn)度矢量能夠看出，吹動(dòng)閥球四周的流場(chǎng)不是對(duì)稱散布的，其右邊閥隙的邊界層連續(xù)到近閥球頂部才脫落。這注明生動(dòng)閥隙兩邊的流體對(duì)閥球的作使勁是不失調(diào)的，從而使得閥球產(chǎn)生繚繞靜止。隨著沖次的增多，流體光速的普及，閥球邊界層更難產(chǎn)生脫離，而且閥球四周流場(chǎng)不對(duì)稱性仍然存在，因而閥球的偏頗更增強(qiáng)烈，這和嘗試內(nèi)中中所視察到的閥球靜止法則是統(tǒng)一的。
能夠看出，因?yàn)榱黧w對(duì)閥球的橫向沖鋒陷陣力造成閥球偏離軸心，再加上其“自轉(zhuǎn)”的莫須有，使得閥球在開啟和開放的時(shí)機(jī)都有定然的滯后工夫，從而使泵的抽汲效率升高，造成泵沖程破財(cái)。另外，因?yàn)殚y座形態(tài)的非流線型，使得吸入屏障增大，也使閥球的滯后工夫增多，并使閥球的擾動(dòng)加大。這種閥球的飄移與擾動(dòng)與閥球及閥座的形狀有很大的關(guān)系，為使閥球放量瀕臨于現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下的高低垂直靜止，況且為了縮小閥隙的過流屏障，能夠改良閥罩和閥座的設(shè)計(jì)，使閥罩制約閥球的撲騰高低。在保障大過流面積的同聲放量使閥球只做高低垂直靜止，并將閥罩及閥座形狀設(shè)計(jì)成流線型，以此來減小過流屏障。該署改良能夠減小閥球的擾動(dòng)及縮短開啟和開放的滯后工夫，從而達(dá)成普及泵效的目標(biāo)。
另外，由該部位流場(chǎng)旋度能夠看出，在吹動(dòng)閥吸出口柱塞底端與泵筒間有很顯然的兩個(gè)渦旋存在。這是所以柱塞繼續(xù)下沖程靜止時(shí)，因?yàn)橹锥擞卸ㄈ坏拿娣e，從而在向下靜止內(nèi)中中壓迫其底部的液體向上流動(dòng)。而此時(shí)吹動(dòng)閥球在于開啟狀態(tài)，吹動(dòng)閥球下端的液體被壓入吹動(dòng)閥隙，齊頭并進(jìn)入柱塞內(nèi)腔，在柱塞底端部位造成液體回暖，從而構(gòu)成渦旋。這兩個(gè)渦旋大大增多了液體的過流屏障，同聲也增多了吹動(dòng)閥球的擾動(dòng)水平。為了肅清渦旋并減小過流屏障，可將柱塞底部截面積放量放大，并使其形狀呈喇叭口型，從而減小過流屏障。
4.3單相流柱塞入口處的PIV圖像解決后果
單相流作用下柱塞頂端入口處流場(chǎng)進(jìn)度矢量圖。從圖中能夠看出,柱塞頂端入口處出現(xiàn)以次的流場(chǎng)特色：柱塞外部管流呈對(duì)稱固定狀態(tài)，而且流線散布較勻稱。這注明柱塞外部管流穩(wěn)固，大體呈層流固定狀態(tài)，這一點(diǎn)從柱塞入口處流場(chǎng)旋度中能夠更明晰地看到。但在柱塞入口處，因?yàn)檫^流截面減小以及截面形態(tài)的變遷，使得流體在柱塞入口處產(chǎn)生程度進(jìn)度重量，尤其是在角落處涌現(xiàn)了渦旋,從而產(chǎn)生負(fù)壓，增大了過流屏障。隨著沖次的增多，柱塞入口角落處的渦旋也一直增強(qiáng)，入口處過流屏障也相應(yīng)加大。為了縮小渦旋的產(chǎn)生，從該部位綜合可知，若柱塞入口角落處設(shè)計(jì)成流線型或在該部位打造倒角應(yīng)會(huì)大限度地減小渦旋，從而升高該部位的過流屏障。
5提議
對(duì)深井泵應(yīng)做以次改良：
(1)閥球是深井泵中的一個(gè)重要元件，也是易損件，它決議著泵的效率及檢泵周期。提議對(duì)混相流深井泵采納偏頗球狀閥球，關(guān)于流道狹小的深井泵采納滴形閥球，對(duì)含砂的抽油井用深井泵則采納鑲有密封膠皮的扇形閥球。
(2)在保障大過流面積的條件下，關(guān)于閥球罩的過流斷面形態(tài)，無須放量采納流線型，以減小過流屏障。
(3)在設(shè)計(jì)柱塞的構(gòu)造時(shí)，無須思忖將柱塞下端的吸出口設(shè)計(jì)成流線型或喇叭口型，以升高其吸入屏障。在保障柱塞入口有大過流斷面的同聲，將柱塞入口流道也設(shè)計(jì)成流線型，以升高柱塞入口處的過流屏障�！綧echNet】
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