叶片数对水力减速级涡轮输出性能的影响研究

在涡轮钻具中装入一定数量的水力减速级涡轮可以显著降低涡轮轴的空转转速及工作转速,但目前对水力减速级涡轮的研究较少。鉴于此,借助NUMECA软件包,建立了不同叶片数的三维定转子模型,研究了定转子叶片数对水力减速级涡轮水力性能的影响。分析结果表明:在高转速下,随着叶片数的增加,水力减速级涡轮的制动扭矩呈先增大后减小趋势,轴向力呈先减小后增大趋势,压降呈先降低后增加趋势。当叶片数为30片时,扭矩、轴向力及压降等水力性能达到最优;某型号涡轮钻具100级涡轮级定转子配合50级水力减速级定转子,能够有效降低涡轮钻具的工作转速和空转转速。所得结论对水力减速级涡轮的设计具有参考价值。     

井下发电机涡轮设计、动力模拟与性能试验

为了缩短涡轮研制周期,降低研制费用,在涡轮机械一元流理论基础上进行叶栅叶型设计,借助计算机辅助叶片造型,运用CFD软件对井下涡轮进行了全三维模型数值模拟和力学性能预测。模拟结果与试验结果对比表明,在涡轮转速低于1 000 r/min时相同转速下实测扭矩小于模拟扭矩,而高于1 000 r/min后相同转速下实测扭矩大于模拟扭矩,但两者相差不大;压降变化趋势基本相同,低转速下模拟压降稍小于实测压降;涡轮空转转速实测值稍高于模拟值。最后指出,一元流理论同计算辅助叶片造型相结合,通过合理调整相关参数满足流道、叶片型线和喉部折转角的检验要求,可以达到理论设计的预期结果。     

井下泥浆涡轮设计及性能分析

根据已知参数进行了井下泥浆涡轮的设计，并采用FLUENT6．0对设计的涡轮进行数值模拟，对涡轮的内流场进行分析，获得涡轮的输出功率与转速、压降与转速之间的关系曲线，确保所设计的涡轮能够满足性能要求。     

中空转子螺杆钻具外特性分析

对中空转子螺杆钻具外特性的理论分析表明，随马达压降的增加，马达理论转速和理论效率下降，理论扭矩增大；而马达的理论输出功率先随压降增加而增大，压降达到某一临界值时，理论输出功率达到最大，随后逐渐减小，直至马达停转。中空转子螺杆钻具马达的最大输出扭矩与泵排量密切相关，还受泄漏量的影响，即泄漏量增大最大输出扭矩就减小。中空转子螺杆钻具的临界排量随马达压降的增加而增大，是衡量其性能的一个重要指标。     

应用CFD软件模拟Φ115 mm涡轮钻具机械特性

应用CFD软件对涡轮钻具组的内流场进行了分析研究，重点讨论了模拟压降和扭矩。考虑容积损失和摩擦损失的影响，采用三元流动设计理论，用粘性流体代替理想流体，用湍流代替层流，研究跨叶片的流场及其流体与叶片的相互作用，计算压降的理论预测值与实测值非常接近，修正后的模拟扭矩基本等于对应转速下的实测值，模拟总效率曲线也与实测曲线基本吻合。通过模拟，获得了较详细的内流场数据，揭示了内流场与外特性之间的关系，进一步说明CFD的有效性，对改进涡轮机械性能指明了途径。     

随钻测井用涡轮发电机叶轮组水力性能分析

采用CFD方法对某型随钻井下涡轮发电机叶轮组进行数值分析,计算叶片的水力特性,预测叶轮的输出性能。首先,提取叶轮模型的几何特征参数,采用CFD分析软件FINE/Turbo建立仿真模型,并对叶轮组进行全三维数值仿真模拟,得出静子叶片出口流动角和转子叶片进口流动角沿径向分布规律,以及转子叶片压力系数沿径向分布等水力特性参数。然后通过计算得到叶轮的输出功率、输出扭矩和效率等宏观特性参数,并解释了叶轮输出特性与叶片水力特性之间的关系。最后通过试验验证数值仿真叶轮的转速误差在6%以内。研究结果可为叶片改型和叶轮输出性能的改进提供参考。     

可钻式涡轮定转子叶片高度优选

可钻式涡轮是新型套管下入工具旋转引鞋的动力来源。为提高可钻式涡轮水力性能,并控制工具串长度,基于NUMECA软件对不同高度的定子和转子叶片进行了高度优选。研究结果表明:随着定子高度增大,可钻式涡轮的转矩、压降、轴向力呈增大趋势,定子对流体加速效果先增大后减小; 定子高度12 mm为最佳值。随着转子高度增大,可钻式涡轮的转矩增加,且增幅随着转速增加而减小; 压降和轴向力逐渐增加,且增幅随着转速增加而增大; 转子高度为14 mm时,涡轮的水力性能最佳,流场分布更加合理。所得结果对新型套管下入工具研制具有参考价值。     

多相除砂分离器结构的模拟筛选研究

研究多相除砂器的分离机理和数值模拟方法 ,对于完善和拓展多相分离理论具有重要的理论价值。通过对大量多相分离器结构和流动参数的数值模拟得出结论 :在多相分离器的结构参数中 (未考虑入口面积 ) ,对分离效果影响最大的是锥段的半锥角 ,其次为底流口直径。在计算流量范围内 ,入口流量越大 ,分离效率越高 ;随气液比增大 ,压降急剧下降 ,气液比大于 2 0时 ,压降变化趋于平缓。     

基于BP神经网络与遗传算法的涡轮安装角优化

为了进一步提高涡轮钻具水力性能,采用FINE/Design 3D平台,基于BP神经网络与遗传基因算法对某型号?178 mm涡轮钻具转子叶型安装角进行优化设计,优化目标为水力效率与扭矩。对优化过程中样本库进行分析,总结了?178 mm涡轮钻具水力性能随转子安装角改变的变化规律。经过优化设计,单级涡轮输出扭矩提升了3.06 N·m,水力效率提高了8.29%。流场分析结果表明:优化后叶片性能的提高主要源于抑制了转子叶型吸力面的二次流发展,以及增大了压力面与吸力面间的压差。研究方法可为今后涡轮叶片的优化设计提供新的思路。     

涡轮叶片型线结构对叶栅流场的影响研究

涡轮叶片型线影响涡轮液流压降变化和速度变化的平稳程度,从而影响涡轮水力能量转化效率。分析了涡轮叶片的结构参数,据此绘制出五圆弧叶型及三次多项式叶型涡轮的叶片型线,在此基础上,利用Fluent软件对常用的五圆弧叶型和三次多项式叶型的涡轮叶栅流场压力、速度变化进行了模拟分析。分析结果表明,三次多项式叶型涡轮的液流压降变化和速度变化比五圆弧叶型涡轮更平稳,因此前者的水力损失比后者更小,水力效率更高。建议涡轮钻具叶片型线设计时尽量采用三次多项式。