海底泥漿舉升鉆井用葉片圓盤泵研究.pdf

1、本文結合國家科技重大專項項目“海洋深水油氣田開發(fā)工程技術”子課題“海底泥漿舉升鉆井技術研究”,系統(tǒng)開展海底泥漿舉升葉片圓盤泵內(nèi)流機理、設計方法及應用研究,通過理論分析、數(shù)值計算和試驗研究,在葉片圓盤泵工作機理、泵內(nèi)固液兩相流動規(guī)律、葉片圓盤泵結構參數(shù)與水力性能關系等方面取得較大研究進展,本文的主要研究內(nèi)容和主要研究成果總結如下:
　　 1、葉片圓盤泵單相流動規(guī)律研究
　　 分析葉片圓盤泵結構特點,建立葉片圓盤泵流體動力學

2、模型,進行數(shù)值模擬結果有效性的試驗驗證。分析單相流動條件下葉片圓盤泵葉輪葉片區(qū)和無葉區(qū)流體速度和壓力分布規(guī)律。與葉片區(qū)內(nèi)流動一樣,無葉區(qū)內(nèi)絕對速度主要以旋轉(zhuǎn)流動為主,旋流是葉輪內(nèi)的主體流動,葉輪無葉片區(qū)內(nèi)流體絕對速度要小于葉輪葉片區(qū)內(nèi)流體絕對速度,葉輪軸截面內(nèi)的速度分布關于中間軸截面有很好的對稱性,葉輪各軸截面內(nèi)都存在軸向流動,其方向主要由葉片區(qū)指向無葉區(qū),無葉區(qū)內(nèi)存在徑向回流,在兩葉片軸向相對的無葉區(qū)壓力比相應的葉片區(qū)要低。
　

3、　 2、葉片圓盤泵內(nèi)固液兩相流動規(guī)律研究
　　 基于RNG(renormalization group)κ-ε湍流模型和歐拉多相流模型,對葉片圓盤泵內(nèi)固液兩相流動進行數(shù)值模擬,分析葉輪內(nèi)顆粒分布的一般規(guī)律和顆粒性質(zhì)對顆粒分布及水力性能的影響。固相體積分數(shù)分布的分析結果表明:固相顆粒大部直接從無葉區(qū)排出而不經(jīng)過葉片區(qū),葉片區(qū)內(nèi)離無葉區(qū)越遠,顆粒分布越少;葉片工作面附近的顆粒濃度大于吸力面的的濃度,葉輪入口的顆粒濃度大于出口處的濃

4、度。隨顆粒直徑的增大,無葉區(qū)內(nèi)顆粒濃度相對增加;顆粒體積分數(shù)變化,顆粒在無葉區(qū)和葉片區(qū)分布的比例關系幾乎不變;液相密度不變,顆粒密度增大,無葉區(qū)顆粒濃度相對增大;葉輪葉片表面顆粒濃度要大于圓盤表面顆粒濃度;葉輪葉片高度和盤間距的比值在0.4至0,55之間,葉輪表面顆粒分布相對較小。
　　 3、葉片圓盤泵結構參數(shù)與泵性能關系研究
　　 建立水力性能預測模型,針對不同葉輪結構參數(shù)和不同型式壓水室的葉片圓盤泵進行性能預測,總結

5、葉輪結構參數(shù)對泵性能參數(shù)的影響規(guī)律;通過對葉輪結構參數(shù)相關尺寸的正交優(yōu)化設計,得到葉輪進口內(nèi)徑、葉輪直徑、葉片高度和盤間距對葉片圓盤泵性能影響的主次順序;通過對不同壓水室和葉輪匹配泵的性能預測,比較三種壓水室對泵水力性能和葉輪受力性能的影響。通過定義揚程系數(shù)和流量系數(shù),提出適合于葉片圓盤泵水力設計的統(tǒng)一形式的經(jīng)驗系數(shù)設計法;基于優(yōu)秀的數(shù)字化水力模型,得到水力設計經(jīng)驗系數(shù)與比轉(zhuǎn)速的關系。
　　 4、葉片圓盤泵葉輪切割性能研究

6、>　　 葉輪切割是擴大泵的使用范圍和提高泵使用經(jīng)濟性的主要方法,為研究葉片圓盤泵的切割定律型式,對兩種結構參數(shù)葉輪進行葉輪切割性能數(shù)值試驗,分析葉片圓盤泵葉輪切割后性能曲線和切割線的變化規(guī)律,并與基于兩種不同假設的離心泵切割定律預測的結果進行比較,分析最佳效率點效率隨葉輪切割量的變化關系。
　　 5、樣機研制和水力性能試驗研究
　　 利用提出的葉片圓盤泵葉輪水力設計方法設計加工樣機,并進行樣機水力性能保證試驗;對樣機進