基于CFD分析的涡轮钻具力学性能预测

以φ115mm涡轮钻具涡轮为研究对象，采用实体建模、CFD前置处理器等工具生成涡轮定、转子的单周期跨叶片流道计算模型，应用CFD(计算流体动力学)商用软件研究分析了其在不同转速下的内流场。重点分析了转子叶片表面压力场的分布情况，并将模拟结果与10级涡轮台架的实验数据进行了对比，证明CFD模拟分析的有效性，为预测分析涡轮钻具力学性能、改进叶型设计、提高叶型的水力性能具有重要的指导意义。     

54 mm涡轮钻具三维叶片造型设计与研究

针对涡轮转子不同半径圆柱层液体圆周速度不同，导致的液体与转子叶片产生冲击产生的水力损失问题，利用多截面造型方法建立了一种三维叶片涡轮。基于实际工况中从第二级涡轮开始，定子入口的流速是上一级涡轮转子出口流速，速度方向并不垂直于定子入口面这一情况，对现有的涡轮流道模型进行修正，建立了多级流道模型。通过数值模拟方法，对多级涡轮流道模型进行流场分析，得到中间一级涡轮的相关性能参数的特性曲线。研究结果表明：三维叶片涡轮压降更低，单幅涡轮压降减少约为12%;在最佳工况点处，三维叶片涡轮效率达到了60.25%,比直叶片涡轮高出约10%。考虑径向间隙对涡轮性能的影响，建立了相对应的流道模型，验证了方案的可行性。研究结果对涡轮叶片的设计和多级涡轮流场分析具有一定的指导意义。     

基于Bezier和正交试验的涡轮叶片参数优化设计

涡轮的叶片型线在涡轮钻具设计中处于核心地位,对其进行优化设计具有重要的意义。基于Bezier曲线对涡轮叶片型线的表达式进行推导。以ø127 mm涡轮为例,应用计算流体力学软件Fluent对其进行数值模拟,并结合正交试验方法,以叶片形状控制参数为因素,以涡轮的转矩和效率为指标,对叶片型线进行优化。结果表明,此方法可综合考虑转矩和效率,得到水力性能优秀的叶片型线参数,为涡轮钻具的叶片设计和优化提供指导。     

一种井下发电机的涡轮设计及其测试

根据涡轮机械一元流理论设计井下发电机涡轮的叶栅参数,叶片造型设计实现计算辅助设计,对所设计涡轮进行了三维建模和涡轮机械性能的CFD预测,其预测结果与试验基本一致,表明预测结果可作为设计决策的重要依据.在CFD流道建模中,流道模型包含了径向问隙,克服了跨叶片流道模型需要引进容积效率经验系数的局限性,提高了预测涡轮机械特性...     

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。     

对双叶片轴尖式气体涡轮流量计的探讨

应用流体力学的基本理论推导出了双叶片轴尖式气体涡轮流量计的理论模型。应用数值方法编制了该理论模型的计算程序，从理论上研究了叶片数、叶片安装角、叶片顶隙以及介质的温度和压力等因素对该流量计性能的影响。并对DN50双叶片轴尖式气体涡轮流量计样机在国家原油大流量计量站的标准装置上进行了实验。实验结果和理论计算结果较为吻合。本文的研究仅仅是对该种流量计进行了新的探索。     

涡轮外特性理论计算方法探究及验证

涡轮作为一种动力转化元件,其外特性的研究对于叶片型线的设计及叶轮内液流流动状态的研究具有重要意义。通过对叶轮内液流微元圆柱层的分析,提出了一种涡轮外特性的积分计算方法,采用该方法得到的涡轮外特性计算公式与传统公式具有相同的形式,但在理论上更符合液流的实际流动情况。为检验积分计算方法的优越性,基于四阶Bezier方程构造了240 mm涡轮钻具涡轮定、转子叶片型线,采用CFD方法模拟了该涡轮的外特性,并以此作为基础,综合对比了2种计算方法在3种特殊工况下的外特性情况。对比结果表明:积分计算方法得到的涡轮外特性更接近于CFD仿真结果,具有更小的计算误差。研究结果对涡轮的理论设计及液流流动理论的研究具有一定的工程意义。     

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。     

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。     

Bezier曲线在涡轮叶片设计中的应用

分析了涡轮叶片型线的特点，阐述了Bezier曲线的原理及特性，提出用Bezier曲线作为涡轮叶片的设计曲线。通过论述证明，采用Bezier曲线设计涡轮叶片型线，既描述简单，又可以建立相应的优化数学模型，具有一定的优越性。     

油田井下微型水轮机的数值分析与研究

针对智能分层注水工艺中测调电能受限、测调周期较长等问题,提出了一种基于微型水轮机电能转化技术。根据实际注水井井下工况和空间等要求,设计了轴流式微型水轮机主体结构,建立了相应的数值模拟模型。采用计算流体动力学软件CFD对所设计的微型水轮机进行数值模拟试验,实现水轮机核心尺寸叶片数目和转轮叶片翼型进一步优化;对优化后的微型水轮机进行了效率、叶片正背面速度及速度矢量等性能测试,最后进行了流量速度实测,当流量大于35.23 m3/d时,可满足电能转化的要求。基于微型水轮机电能转化技术将为加密智能分层注水工艺测调周期提供技术保障。     

冷却塔的节能改造与适用性分析

阐述了节能对企业的长期发展的必要性,说明了节能设备水动风机的原理、特点及适用条件,并通过实例分析了采用新型水动风机来取代风叶电机,必须有富余扬程和富余流量才可以满足推动水动风机的要求,才能对风机进行改造.如果没有富余扬程和富余流量或它们的参数达不到要求,改造水动风机就无法达到预期的效果.     

涡轮叶栅叶形的计算机辅助设计

石油钻井工程中,涡轮钻具已发展成为重要的井下动力钻具之一,使用它不仅可以解决定向井和丛式井开发的需要,而且在普通的直井中同样可以达到提高机械钻速、降低钻井成本的目的。在涡轮钻具的设计中,由于受井眼尺寸的限制,只能采用轴流式涡轮,而对涡轮副叶栅叶形的设计,传统的方法是试凑法,这样就需要较长时间的运算和绘图工作,且最后确定的叶形和计算结果也往往不是最佳的。本文详细地论述了涡轮叶栅的设计理论,并采用计算机编程的方法,根据设计给定的基本参数就可以优选出所需要的叶形数据,并通过打印机或自动绘图机输出叶形截面图。这样,就可以节省大量耗时的手工设计计算及绘图工作。     

ø73 mm小尺寸涡轮钻具叶型设计及优化

小尺寸涡轮钻具主要用于深部高温硬岩地层钻进,对我国油气、干热岩等深部能源矿藏的地质调查具有重要意义,在石油行业中小井眼钻井、老井加深及连续油管钻修井等方面具有较好的应用前景。目前,国内尚无ø73 mm小尺寸涡轮钻具,为推进涡轮钻具系列化,对ø73 mm小尺寸涡轮钻具的涡轮节中常规级定转子叶片及制动级定转子叶片进行设计优化,旨在研制长度短、转矩适中、转速适中、压降小、功率高及效率高的ø73 mm小尺寸涡轮钻具,使ø73 mm小尺寸涡轮钻具尽快在我国实现现场应用。设计出符合性能要求的3种常规定转子叶型方案和5种制动级叶型方案,通过理论分析及数值模拟,选出最优的常规定转子叶型及制动级叶型方案,并提出常规涡轮级与制动涡轮级复配的5种涡轮节结构方案,同时对涡轮节结构进行了性能分析及方案优选,优选的涡轮节方案在流量5.5 L/s,工作转速1 500～2 500 r/min时,输出转矩为109～140 N·m,平均压降为11.5 MPa,制动转矩为185.5 N·m,可满足小井眼钻井对ø73 mm小尺寸涡轮钻具的输出性能要求。     

烟气轮机叶片寿命的影响因素和评估方法

合理准确预测烟气轮机叶片寿命,是催化裂化装置安全运行的必要保障。文章研究了影响烟气轮机叶片疲劳寿命的因素;评述了叶片疲劳寿命评估方法;选取并介绍了适合烟气轮机叶片寿命的评估方法;阐明了目前存在有关叶片寿命的关键问题。     

烟气轮机叶片应力分析与寿命评估方法评述

烟气轮机是炼油厂催化裂化装置的关键设备,合理预测叶片疲劳寿命是保障烟机安全运行的有效手段。从力学建模和边界条件两个方面简要阐述了叶片的应力分析方法,并系统分析了影响烟机叶片疲劳寿命的主要因素,提出了利用改进的局部应力应变法进行叶片寿命预测的合理性和叶片疲劳寿命的评估方法。     

气动涡轮钻具涡轮副叶栅的优化设计

气动涡轮钻具涡轮副的设计包括强度结构设计和气动力计算2个方面,而气动力计算则在于合理设计涡轮副的气流通道。轮周效率只考虑定子、转子流道中的损失、余速损失,较明显地反映了流道中气流角度与涡轮效率的关系。运用鲍威尔法对其参数进行了优化设计,为了避免"退化现象",又提出修正算法,克服了退化不利的情形,能有效地收敛于无约束条件。应用实例表明,该优化方法可在涡轮副叶栅的初始设计中合理选择多个变量值,保证和提高了涡轮副的效率。