深井泵泵內(nèi)流場的試驗(yàn)鉆研

深井泵泵內(nèi)流場的試驗(yàn)鉆研
　　 鉆研泵內(nèi)流場尤其是混相流流場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，人們曾經(jīng)能夠利用該署先進(jìn)的流場測試技能在不煩擾流場的狀況下繼續(xù)高精度的測量。在加拿大已有人運(yùn)用該署先進(jìn)技能鉆研深井泵流場，酒精大學(xué)(北京)陸地力學(xué)嘗試室對準(zhǔn)該問題利用PIV(粒子成像測速技能)繼續(xù)了嘗試鉆研，其重要意思是測定相反流量時泵內(nèi)流場的散布法則，并比照單相及混相流時深井泵內(nèi)流場的異同。
　　 1粒子成像測速及圖像解決技能
　　 粒子成像測速(PIV)技能的根本原理①是利用撒在流體中的粒子對光的散射作用，用光學(xué)的步驟紀(jì)錄下粒子在相反聲刻在流場中的地位，從而失去粒子的位移，基于粒子對流場的追隨性，測出粒子所在地位中流體的進(jìn)度及剎時靜止參數(shù)。
　　 使用PIV技能，對流場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，故很難對當(dāng)場作業(yè)的深井泵的流場繼續(xù)理論測試。另外，因?yàn)楦饔吞镉途貙訔l件很簡單，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。對準(zhǔn)相反的工況，別離對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ι罹蒙鷦娱y部位流場的鉆研已有相應(yīng)的鉆研成績，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)為單相流體時深井泵吹動閥及柱塞部位的流場。
　　 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它的意識不徹底相反，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)度較時辰，閥球繞程度軸高低繚繞；當(dāng)柱塞靜止進(jìn)度較大時，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)。深井泵泵閥是一個球狀閥件，當(dāng)流體繞過它固定時，在其后部將產(chǎn)生附面層的脫離景象，同聲產(chǎn)生一個橫向激能源。因?yàn)殚y球的對稱性，這種橫向激能源將沿閥球的“赤道”四周周而復(fù)始地挪動，使閥球不是前后坐落閥座孔軸心線上，而是偏離一個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稱性，對閥球?qū)a(chǎn)生定然的撓動，使某個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轉(zhuǎn)動，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，因?yàn)闅馀莸拇嬖�，流場擾動更加猛烈，而且氣泡對閥球存在定然的沖鋒陷陣作用，此時閥球靜止就更加簡單，除非繚繞靜止以外，再有高低猛烈的撲騰。
　　 4.2單相流吹動閥球的PIV圖像解決后果
　　 從深井泵吹動閥部位的流場進(jìn)度矢量能夠看出，吹動閥球四周的流場不是對稱散布的，其右邊閥隙的邊界層連續(xù)到近閥球頂部才脫落。這注明生動閥隙兩邊的流體對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，而且閥球四周流場不對稱性仍然存在，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，并使閥球的擾動加大。這種閥球的飄移與擾動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，由該部位流場旋度能夠看出，在吹動閥吸出口柱塞底端與泵筒間有很顯然的兩個渦旋存在。這是所以柱塞繼續(xù)下沖程靜止時，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。而此時吹動閥球在于開啟狀態(tài)，吹動閥球下端的液體被壓入吹動閥隙，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。這兩個渦旋大大增多了液體的過流屏障，同聲也增多了吹動閥球的擾動水平。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)以次的流場特色：柱塞外部管流呈對稱固定狀態(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)會大限度地減小渦旋，從而升高該部位的過流屏障。
　　 5提議
　　 對深井泵應(yīng)做以次改良：
　　 (1)閥球是深井泵中的一個重要元件，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，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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