海底泥漿舉升鉆井用葉片圓盤泵研究.pdf

1、本文結(jié)合國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“海洋深水油氣田開發(fā)工程技術(shù)”子課題“海底泥漿舉升鉆井技術(shù)研究”,系統(tǒng)開展海底泥漿舉升葉片圓盤泵內(nèi)流機(jī)理、設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究,通過理論分析、數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)研究,在葉片圓盤泵工作機(jī)理、泵內(nèi)固液兩相流動規(guī)律、葉片圓盤泵結(jié)構(gòu)參數(shù)與水力性能關(guān)系等方面取得較大研究進(jìn)展,本文的主要研究內(nèi)容和主要研究成果總結(jié)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(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立葉片圓盤泵流體動力學(xué)

2、模型,進(jìn)行數(shù)值模擬結(jié)果有效性的試驗(yàn)驗(yàn)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(guān)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(yīng)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(jìn)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?jǐn)?shù)分布的分析結(jié)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(yuǎn),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?jǐn)?shù)變化,顆粒在無葉區(qū)和葉片區(qū)分布的比例關(guān)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(jié)構(gòu)參數(shù)與泵性能關(guān)系研究
　　 建立水力性能預(yù)測模型,針對不同葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)和不同型式壓水室的葉片圓盤泵進(jìn)行性能預(yù)測,總結(jié)

5、葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對泵性能參數(shù)的影響規(guī)律;通過對葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)尺寸的正交優(yōu)化設(shè)計(jì),得到葉輪進(jìn)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(yù)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(yáng)程系數(shù)和流量系數(shù),提出適合于葉片圓盤泵水力設(shè)計(jì)的統(tǒng)一形式的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)設(shè)計(jì)法;基于優(yōu)秀的數(shù)字化水力模型,得到水力設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系。
　　 4、葉片圓盤泵葉輪切割性能研究

6、>　　 葉輪切割是擴(kuò)大泵的使用范圍和提高泵使用經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)參數(shù)葉輪進(jìn)行葉輪切割性能數(shù)值試驗(yàn),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(shè)的離心泵切割定律預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行比較,分析最佳效率點(diǎn)效率隨葉輪切割量的變化關(guān)系。
　　 5、樣機(jī)研制和水力性能試驗(yàn)研究
　　 利用提出的葉片圓盤泵葉輪水力設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)加工樣機(jī),并進(jìn)行樣機(jī)水力性能保證試驗(yàn);對樣機(jī)進(jìn)