恒流量往复泵泵阀工作理论研究

泵阀是往复泵的关键部件，对恒流量往复泵的性能有着重要影响。由于泵阀的工作过程极其复杂，一般不能用简单的方法来反映其运动规律，在忽略阀盘质量的 情况下，分别建立了在稳定状态下，非稳定状态以及是否考虑魏斯特法尔现象时阀盘运动微分方程，并给出了其解析解，分析了阀盘运动位移，速度和加速度变化规律。     

魏斯特法尔现象及泵阀运动规律的探讨

考虑了魏斯特法尔现象,本文介绍求泵阀运动公式的两类方法:近似解法和解微分方程法。这两类方法得到的结果均说明泵阀运动存在滞后现象。本文对解微分方程法得到的几个特解进行了较为详细的讨论,从而给出了更接近实际情况的泵阀运动今式,提出了一些新看法。     

自动锥形阀运动规律数学模型及仿真

针对阿道尔夫往复泵泵阀精确运动微分方程在泵阀开启瞬间存在奇点的不足,综合考虑液体可压缩性、魏氏效应、液体连续流条件及泵阀运动的动力特性,建立了描述往复泵自动锥形阀运动规律的精确运动微分方程。该方程是关于液缸内液体压力、泵阀升程与泵阀运动速度的一阶常微分方程组。应用数值计算方法建立了泵阀运动规律的仿真模型,通过仿真计算,可以直观地了解泵阀开启时的压力波动,解释产生奇点的原因。     

抽油泵泵阀运动规律的新模型及计算机仿真

在阿道尔夫泵阀运动微分方程的基础上,研究了抽油泵泵阀的运动规律。为了解决阿道尔夫泵阀运动微分方程在泵阀开启初期的奇点问题,综合考虑了液体可压缩性、泵阀运动的魏氏效应对泵筒内液体连续流条件的影响以及泵阀运动的动力特性,建立了泵阀运动数学模型。同时,应用数值积分法建立了泵阀运动规律的仿真模型,并编写了泵阀运动的计算机仿真程序。室内台架模拟试验结果表明,建立的泵阀运动规律数学模型具有较高的仿真精度。     

抽油泵阀球密度优化研究

抽油泵的整个工作过程中,阀球的启闭非常频繁,而阀球密度影响着开启压差,制约开启滞后时间及关闭滞后时间。基于流体力学相关理论和质量守恒定律,建立了泵筒内流体的连续性方程及阀球运动微分方程,分析不同阀球密度对滞后开启时间、滞后关闭时间及总滞后时间的影响。计算结果表明:滞后时间随着阀球密度的增大而减小,当密度小于4×103 kg/m3时,滞后时间变化迅速;当密度大于4×103 kg/m3时,变化缓慢。     

基于MATLAB的钻井泵阀运动特性分析

利用MATLAB软件对钻井泵阀阿道尔夫微分方程进行了数值求解,并构造了描述阀盘关闭阶段的简化模型,准确地分析了阀盘的运动特性.通过对不同阀盘锥角的锥阀进行仿真计算得出,当阀盘下底面直径一定时,随着阀盘锥角的增加,阀盘的关闭速度及关闭冲击力都相应地减小,进而可以有效改善阀盘冲击阀座形成的冲击疲劳.该结论对泵阀的优化设计及延长泵阀使用寿命有重要的指导意义.     

抽油泵阀隙流理论研究与数值模拟分析

针对我国油田抽油机井系统效率低和能耗大的问题,首先对进油阀的结构、开启程度、流量系数、流体过阀流动形态划分及阀球直径进行计算分析,确定进油阀球直径为38. 1mm。然后建立了抽油泵进油阀实体模型和流体域模型,结合有限元仿真技术,对抽油泵阀隙流进行了数值模拟,分析了流量、液体黏度和密度等因素对液体过阀流动规律的影响,采用二元线性回归方法得出进油阀流量系数与雷诺数、泵阀开启程度的函数关系。研究结果表明:进油阀球室越高,开启程度越大,流体阻力压降损失越小,但当泵阀开启程度大于0. 8时,对流体过阀流动性能的影响很小,因此球室高度只需限制开启程度略大于0. 8即可,即球室高度不小于阀球直径的1. 25倍。研究结果可进一步推动抽油泵泄漏理论的研究,也可为抽油泵的结构改进和效率提高提供理论依据。     

往复泵自动球阀运动规律数学模型及计算

针对现有往复泵自动球阀运动规律数学模型存在的问题,修正并重建了描述自动球阀运动规律的精确微分方程组。该方程组是关于液缸内液体压力、泵阀升程及泵阀运动速度的常微分方程组,综合考虑了液体的可压缩性、魏氏效应、液体连续流动条件和泵阀的动力特性。应用数值方法建立了自动球阀运动规律的计算机仿真模型,通过数值模拟,得到各个参数对球阀运动动力特性影响的基本规律。     

钻井泵“同步阀”机构设计

根据钻井泵泵阀失效机理，设计出新型钻井泵泵阀－“同步阀”机构，亲机构消除了泵阀关闭的滞后角，“同步阀”与滤砂阀的配合使用降低了泥浆对泵阀的冲蚀破坏，从根本上解决了泵阀失效的问题，“同步阀”是首次提出，它为提高钻井泵泵阀寿命及钻井泵的整机效率提供了一套新型机构。     

抽油泵阀球直径的选择

作者在分析了抽油泵阀球直径尺寸对液体流动性、泵阀开启灵活性和阀罩及阀座结构布置的影响后,指出:采用较大直径的阀球,有利于液体的流动,但泵阀开启欠灵,也给阀罩结构设计带来困难,应该在结构允许的前提下,选用尽可能大的阀球。据此推荐了估算阀球直径的经验公式,给出了阀球直径系列,制造阀球的技术条件和专业生产厂采用的阀球直径数据。     

往复泵泵阀运动规律的建模与仿真

建立了往复泵泵阀运动规律的数学模型。该模型解决了泵阀在开启和关闭阶段升程为零的方程奇点问题，并能对泵阀在不同工作条件下的不同开启方式进行描述．因而这种泵阀运动规律的数学模型更加完整和接近实际。此外编制了泵阀运动规律的仿真程序，并分别对Ｆ８００钻井泵泵阀和３ＮＢ—１３００钻井泵泵阀进行了仿真试验。最后比较了同等条件下的仿真与实测结果，二者基本一致     

大斜度井段低沉没度工况排采泵阀动力学特性

目前对于煤系地层天然气井所配套有杆泵泵阀动力特性的研究,主要是移植和借鉴常规油气井抽油泵泵阀的分析方法,多针对油气井开采较高的沉没度,并没有考虑低沉没度和大斜度工况下的泵阀动力学和水力摩阻等参数的影响,也没有揭示水平井泵阀顺利开启所需要的具体条件。为此,综合考虑低沉没度和大斜度等因素耦合的影响,推导造斜段泵阀随井液运动微分方程组,建立有杆泵井液流经泵阀阀隙水力摩阻数学模型,基于数值模拟的方法研究了水平井泵阀动力学、水力摩阻与临界沉没度。研究结果表明:①低沉没度和大斜度耦合作用下,增大冲程和冲次会提高造斜段泵阀阀球的升程、速度和加速度,缩短加速度趋向平缓所用的时间,并且水平井泵阀开启瞬间阀球会出现短暂的周期性波动;②受弹簧力与阀球重力的双重作用,水平井有杆泵的临界沉没度明显低于直井工况且固定阀球伴随弹簧快速复位,这有利于顺利开启水平井的游动阀球和固定阀球并提高泵效;③增大冲程、冲次和泵径会使水平井有杆泵井液流经泵阀水力摩阻及其临界沉没度变大,并且增大冲程更有利于提高低流速井液入泵流速,但同时也会显著地提高临界沉没度。结论认为,该研究成果对于保障煤系地层天然气井连续稳定排采和提高有杆泵的可靠性都具有重要的参考意义。     

抽油泵强制增油装置的研制与应用

1　工作原理及主要技术参数1.1　结构(如图1)。图1　抽油泵增效装置示意1.2　工作原理液压增效装置联接在抽油泵(去掉固定阀)下端,当抽油泵柱塞下行时,游动阀打开,油管内液柱压力作用在推杆上,排出阀关闭,推杆下行,把液柱重力传给活塞和弹簧。活塞下行时活塞内吸入阀打开,工作筒内环形空间充满井液,活塞下行是在井液中运动,同时,弹簧被压缩。当柱塞上行时,弹簧释放能量,向上推动活塞,吸入阀关闭,此时沉没压力与弹簧同向迭加,推动活塞向上运动。活塞压缩空间内的液体,排出阀打开,液体被推进抽油泵筒内。如此往复工作,整个增效装置的进液与排…     

固井压裂泵阀理论研究与应用

固井压裂泵是固井压裂设备的核心部件,固井车、压裂车及其撬装设备要实现其功能主要依靠其上装的柱塞泵。固井压裂泵泵送的液体排量具有脉动性,受柱塞数目和入值影响,同时泵阀的开启和关闭是动态的,且相对曲轴（或柱塞）具有轻微的滞后即开启和关闭滞后。固井压裂泵阀系统主要设计参数有：泵阀的升程、凡尔座内孔直径、凡尔弹簧的刚度及其预压缩量等,我们用试验验证了这些参数对固井压裂泵容积效率的影响。客积效率是衡量固井压裂泵性能的重要指标,研究泵阀理论合理设计这些参数可提高容积效率1%-3%。     

基于Simulink的抽油泵泵阀运动规律仿真

煤层气排采作业中,低沉没度对有杆抽油泵泵阀的正常打开提出了更高的要求。通过对泵阀的开启压差进行精确计算,借鉴往复泵泵阀的理论研究成果,建立了泵阀运动数学模型与仿真模型。通过Simulink对抽油泵泵阀进行仿真,得到泵筒内的液体压力变化规律曲线、泵阀打开高度曲线及泵阀运动速度曲线。分析仿真结果认为,阀球的打开与开启压差有着重要关系,并不完全由沉没压力决定;阀球的打开与有杆抽油系统的冲程、冲次及泵的结构有关,随着有杆泵抽油系统冲程或冲次的增大,泵阀的升程高度相应增大,反之减小。     

斜井导向抽油泵与常规泵的启闭特性比较

井斜的存在对抽油泵的工作效果会产生严重的不利影响,特别是在大斜度井中,常规抽油泵采油系统存在泵阀关闭滞后、效率低等问题。改进固定阀、游动阀结构,对其阀球设置导向结构,可以实现强制启闭、关闭及时、复位准确。建立斜井中抽油泵的阀球运动模型,运用解析法分别得到斜井下导向抽油泵与常规泵的阀球启闭时间,并进行对比。结果表明:在大井斜角度时,导向抽油泵的启闭滞后时间小于常规泵的启闭滞后时间,其启闭特性明显优于常规泵。     

钻井泵阀位移测试系统及位移测试

在研究钻井泵阀的运动规律时，为了避免因纯理论的推导而得出不切实际的结论，在泵阀试验台上采用自行设计的测试系统，对泵阀位移及运动规律进行了测试。通过测试和分析，得出了泵阀关闭速度与泵压基本无关、泵阀关闭时的冲击能较小的结论。实践表明，泵阀位移及运动规律的测试精度能满足理论分析的要求。     

往复泵的排量系数

本文列出影响往复泵排量系数的各种因素,对密封泄漏、泵阀关闭滞后角、余隙容积、液力端变形以及液缸中气体等因素同往复泵排量的关系进行了分析,并给出往复泵在低压、高压和含气时排量系数的计算公式。     

钻井泵阀运动对排量的影响

在分析钻井泵的排量不均度及钻井泵阀运动规律的基础上, 给出了阀盘上升和下降时的位移表达式。根据水力学的连续原理, 推导了进入排出空气包的液体流量公式, 指出泵排出液体的量由２ 条正弦曲线和１ 条余弦曲线叠加而成。实例计算表明, 考虑泵阀运动对排量的影响,使用小直径缸套时, 泵的排量不均度提高了５ 倍。建议尽可能减小阀盘直径和运动速度, 并尽可能使用大直径缸套。     

往复式压缩机进气阀运动规律的理论研究

运用往复式压缩机理论研究了不同弹簧刚度、曲轴转速和升程时的进气阀运动规律,通过阀片位移曲线分析了弹簧刚度、曲轴转速和升程对滞后关闭与颤振的影响。分析结果表明,随着刚度的增大和转速的降低,滞后关闭现象逐渐消失,在曲轴转速980 r/min、弹簧刚度455N/m时,滞后关闭角达到41.1°;当刚度增至5 300 N/m或转速低于370 r/min时,阀片开始出现颤振,此时最大弹簧力与最大推力的比值随着曲轴转速和弹簧刚度的增大而增大;若曲轴转速由370 r/min提高到2 000 r/min,对应的弹簧刚度需从455 N/m增至14 kN/m,此时最大弹簧力与最大推力的比值由0.17增至1.00。