轉(zhuǎn)子式油氣混輸泵出口單向閥特性分析與研究.pdf

1、油氣混輸是油田開采的先進(jìn)工藝之一，該工藝對于提高我國石油開采水平，降低工程投資和油氣開采成本，增產(chǎn)原油，回收天然氣，保護(hù)環(huán)境等具有重要意義。
　　 轉(zhuǎn)子式油氣混輸泵是實現(xiàn)油氣混輸工藝的關(guān)鍵設(shè)備，該泵在出口增設(shè)了一組單向球閥，具有內(nèi)壓縮功能和良好的性能。鑒于目前尚無轉(zhuǎn)子式油氣混輸泵的設(shè)計理論與技術(shù)報道，本文以轉(zhuǎn)子式油氣混輸泵出口球閥為研究對象，分別對球閥滯后角、運(yùn)動微分方程、閥內(nèi)流場等進(jìn)行理論分析與數(shù)值模擬，初步得到了該閥的工作特

2、性。為該泵球閥的進(jìn)一步分析及優(yōu)化設(shè)計提供了技術(shù)支撐。本文的主要研究工作和成果如下:
　　 1.建立了求解滯后角的關(guān)系式。本文通過分析影響滯后角的因素，利用幾何學(xué)與工程熱力學(xué)理論，推導(dǎo)并建立了求解滯后角的公式。以該式為基礎(chǔ)，分析了氣液比對滯后角的影響，進(jìn)而得到滯后角與氣液比成正比例關(guān)系，比例系數(shù)由泵的轉(zhuǎn)子尺寸、球閥尺寸、閥球密度、泵進(jìn)出口壓力及氣體介質(zhì)的比熱比確定的結(jié)論。同時分析了壓縮比對滯后角的影響。由分析可知:適當(dāng)降低該泵的壓

3、縮比可減小氣液比對滯后角影響。以上結(jié)論為減小轉(zhuǎn)子式油氣混輸泵出口球閥滯后角提供了參考。
　　 2.推導(dǎo)了轉(zhuǎn)子泵耗功量的計算式。借助工程熱力學(xué)理論分析并推導(dǎo)了轉(zhuǎn)子泵耗功量的計算式。以該式為基礎(chǔ)，分析了轉(zhuǎn)子式油氣混輸泵壓縮過程的耗功量，得到了不同壓縮比對泵耗功量的影響，為該泵壓縮比的合理選擇提供了理論依據(jù)。
　　 3.建立了球閥運(yùn)動微分方程。根據(jù)轉(zhuǎn)子式油氣混輸泵的工作原理，借助往復(fù)泵球閥理論，推導(dǎo)了該泵出口單向球閥在純液工況

4、下的運(yùn)動微分方程。并進(jìn)行了實例分析，利用MATLAB軟件得到了閥球的升程曲線和速度曲線，為分析球閥在氣液兩相復(fù)雜工況下的運(yùn)動特性提供基礎(chǔ)。
　　 4.對球閥內(nèi)部流場時行了數(shù)值模擬。應(yīng)用CFD軟件對該泵閥內(nèi)的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了穩(wěn)態(tài)流動條件下球閥內(nèi)部壓力場、速度場及氣液相態(tài)分布規(guī)律，分析了不同開啟高度與不同氣液比對閥隙流速的影響。并且進(jìn)一步，對閥內(nèi)非定常流場進(jìn)行了動態(tài)模擬，得到不同材質(zhì)閥球的瞬時所受液動力變化曲線，為今后分析