油田注水多级离心泵全三维湍流场的数值模拟

在国内首次实现了节段式多级离心泵任意一整级(包括叶轮导叶在内)的全三维流场的数值模拟。以油田常用的DF300—150A型注水泵作为研究对象,数值计算使用FLUENT软件及其RNGκε湍流模型和多重参考坐标系。模拟结果显示在叶轮出口与导叶入口衔接处,叶轮出流因受到导叶叶片头部的阻挡干扰,导致局部流体逆叶轮旋转方向运动。液流的静压值在正导叶出口附近达到泵级内最大值,进入反导叶后因沿程出现的水力损失静压值略有降低。计算结果得到了泵外特性实测值的验证,表明本数值模拟方法对节段式离心注水泵是可行的。     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合强度分析

为准确得到叶片圆盘泵叶轮在工作中的结构性能,利用有限元软件进行流固耦合强度分析。应用Fluent软件计算得出叶片圆盘泵叶轮在不同工况下压力场分布情况,并通过Work-bench平台,应用ANSYS软件校核叶轮强度,得出不同工况下叶轮的最大危险点、应力及应变分布规律,并针对危险区域进行叶轮结构改进。计算结果表明,所设计叶片圆盘泵叶轮最大危险区域为连接臂与圆盘盖板连接位置,存在应力集中现象。圆弧倒角处理能有效降低应力集中,改善叶轮应变分布情况,有助于提高叶片圆盘泵叶轮的工作可靠性。     

SL98型电潜泵机组增加泵挂深度的技术改造

介绍了泵挂深度增加时限制电潜泵使用的因素,并指出其泵壳的强度是影响高扬程泵使用的重要原因。运用歪形能理论对SL98系列电潜泵泵壳强度进行了校核分析,当设计扬程高于2500m时,将泵壳体外径增加至102mm,并针对增加电潜泵扬程的各种限制因素,从泵壳体、导叶轮、耐磨蚀结构、机组法兰接头、电缆的保护和连接螺栓的机械强度及结构等方面进行了综合技术改造。改造后的加强型电潜泵机组现场应用效果良好,运转时间最长已超过1.5a。     

螺旋轴流式油气混输泵结构参数优选与试验研究

在确定螺旋轴流式油气混输泵结构型式的基础上,以提高泵的水力效率为目标,对总体结构性能 参数进行了优选。通过分析叶轮导叶参数对混输性能的影响,对叶轮和导叶的部分参数加以调整,以达 到几何结构参数优选的目的。试验结果表明,该泵可以成功进行两相输送和多相增压。     

固液圆盘泵固相体积分数分布数值模拟

为研究固液圆盘泵内固相体积分数的分布规律,应用Fluent对模型泵内部的固液两相湍流进行数值模拟。比较了不同颗粒体积分数及不同颗粒直径对固相体积分数分布规律以及泵的扬程和效率的影响。结果表明,叶片工作面附近的颗粒体积分数大于吸力面的体积分数,叶轮入口的颗粒体积分数大于出口处的体积分数,在叶轮出口处,颗粒更易于集中在叶片工作面附近,在有叶片区域内,颗粒体积分数最高处在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区附近。压水室流道内,颗粒主要集中于与叶轮无叶区相对应的流道区域内,且越靠近压水室流道壁颗粒体积分数越高。     

注水泵泵级导叶水力的设计

对四种不同几何参数的低比速注水泵导叶,配以相同的叶轮进行了对比试验。得出了不同几何参数的泵级导叶中水力损失的分布规律,初步摸清了导叶几何参数,特别是导叶扩散管的几何参数,对泵极性能及泵效影响的规律。研制出一种新型流道式导叶结构,使泵效有显著提高,所研制的高效率导叶,可以推广应用于其它低比速多级离心泵的更新改造。     

油田注水泵三元叶轮的设计及试验验证

采用叶片机械三元流动理论,对6D100型多级油田注水泵的叶轮进行改型设计,得到的三元叶轮,与原来用一元流动理论设计的叶轮,在同一导叶,同一试验装置的对比试验结果是:单级泵在转速降低50%的条件下,泵效率由64.57%提高到67.17%,相对提高4%.最佳效率点级扬程由33米提高到35.25米,相对提高6.8%.可以肯定,泵在全速工作时,性能改进的幅度会更大.     

螺旋轴流式混输泵导叶水力设计的一种选型方法

叶片泵在输送气液两相混合介质时,其扬程和效率与输送纯液体相比,有不同程度的降低,降低的程度与气泡群在叶轮内的滞留状况密切相关。现文推荐一种实用的泵导叶水力设计的选型方法。该方法将含气率α、增压Δp和气液混输泵综合性能指标λ作为选型的3个综合考虑依据,其原则是保证泵即使在高含气比下仍有较强的增压能力。按此方法对6组导叶设计方案进行了选型,最后综合评价增压单元内的叶轮和导叶,得到6组增压方案。     

叶片圆盘泵压力脉动及叶轮径向力特性分析

开展叶片圆盘泵压力脉动相关研究对于了解其瞬态特性,提高其运行稳定性具有重要意义。应用Fluent软件对叶片圆盘泵内部流场进行了三维非定常数值模拟,在外特性试验验证的基础上,分析了设计工况下叶轮内压力、蜗壳内压力、扬程脉动情况以及叶轮径向力变化规律和影响因素。分析结果表明,泵内监测点压力脉动周期取决于叶轮叶片数目,且前、后盖板有叶区内监测点压力脉动规律基本相同,无叶区压力脉动幅值小于有叶区压力脉动幅值,隔舌附近压力脉动幅值最大,且蜗壳入口侧大于出口侧;扬程脉动周期与监测点压力脉动周期相同,当叶片转至隔舌时扬程为极小值,隔舌处于相邻2叶片中间位置时扬程为极大值。叶轮所受径向力变化周期与叶轮转动周期相同,径向力2垂直分量呈正弦规律变化。     

旋转喷射泵S形叶片复合叶轮的设计

在介绍旋转喷射泵的工作原理及特点后,重点论述了旋转喷射泵的设计理论,讨论了S形叶片复合叶轮结构参数的计算方法和取值范围。结合设计实例,给出1个S形叶片二级复合叶轮的设计结构参数,加工出复合叶轮并组装成旋转喷射泵进行试验,拟和出泵试验性能曲线。与后弯式叶片复合叶轮泵性能曲线相比,这种泵扬程和流量均有所增加,泵性能达到了设计指标和要求。     

煤层水力自旋转射流钻头设计

高压旋转水射流技术在钻大井径、长连续孔方面具有明显优势，在煤层中钻井又具有高效、节能、钻孔大、成孔规则、破岩效率高等优点，因此在煤层气地面径向水平井技术和井下采空区钻长直井技术中广为应用。主要从理论上分析了旋转射流和射流旋转各自的流动规律、破岩过程及破岩机理，并在此基础上分析了旋转射流钻头各设计参数的取值范围，结合已有的经验值，优化设计了可控外壳旋转内导叶轮、可控中心轴旋转内导叶轮、偏置可控外壳自旋转、偏置可控中心轴自旋转等4种水力旋转式钻扩孔射流钻头。这些钻头适用于在煤层中钻孔及安全排放瓦斯气体。     

多级离心泵内动静干扰流场的数值模拟

为了分析离心泵内动静干扰作用和压力脉动特性,基于Fluent软件并运用滑移网格技术求解了三维非稳态Navier-Stokes方程和标准的κ-ε湍流方程,并对内部流场进行了多工况非定常数值模拟。计算得出了离心泵的性能曲线,还得到了内部的压力和速度分布以及在不同流量下的压力脉动时域和频谱特性。计算结果表明,叶轮出流因受到导叶叶片头部的阻挡干扰,导致局部流体出现涡流;各工况下离心泵内压力脉动呈明显的周期性变化规律;叶轮与导叶间动静耦合处的压力脉动主要受叶频的影响,叶频是流道内压力脉动的主频;不同流量下主频相同,但主频振幅稍有不同;旋转叶轮与静止导叶间的动静耦合作用是压力脉动的主要来源。     

油泵导壳内部三元粘性流动的罚有限元分析

运用罚有限元方法，对油泵导壳内部三元粘性不可压缩定常流动建立了罚有限元方程。由于方程含有非线性项，采用了线性化的简单迭代法求解，并对流量守恒这一线性约束边界条件作了有效处理。依据上述理论和方法，编制了导壳内部流场计算的Fortran通用程序。实际工程计算证明该程序是可靠的，该方法和理论对同类工程问题的计算有一定的参考价值。     

SL3NB-1600A钻井泵壳体的强度及刚度计算

本文应用SAP5结构分析程序对SL3NB1600A钻井泵壳体的强度和刚度进行了三维有限元计算。获得了壳体各部位的应力和变形的分布规律。同时与应变电测法作了比较。为泵壳的设计提供了计算数据和改进意见。     

多相增压泵气液两相流计算分析及试验研究

借助CFD软件,采用标准k-ε模型对N-S方程进行封闭计算,分析多相增压泵输送清水的水力性能,并进行样机试验测试对比。采用Eulerian模型求解,并分析输送含气率为30%的气液两相流时,增压泵流道、过流部件的速度、压力、气体体积分数及密度等分布规律。计算分析及试验结果表明:针对增压泵内部复杂三维流动的水力性能进行预测的数值模拟分析可靠; 气体对增压泵性能影响不利。气液两相流数值计算模拟表明:增压泵进、出口及均化器内部流速分布均匀; 均化器上侧气体体积分数较下侧多; 增压泵底部气液混合密度较上部大; 均化器及叶轮过渡处压力最低; 增压泵首级叶轮叶片旋转中心的工作表面的气体体积分数最大,次级叶轮工作表面的气体体积分数降低; 增压泵各级导叶叶片工作表面的气体体积分数相对均匀,首级导叶叶片靠近进水边的工作面附近的气体体积分数较高,次级导叶叶片靠近叶片旋转中心的工作面区域气体体积分数较高。     

输送粘油时叶轮几何参数对离心泵性能的影响

试验研究了以叶片数及叶片出口角为代表的叶轮几何参数对离心泵输送粘性油性能的影响。在离心泵试验台架上,测量了输送不同粘度油品时不同叶片数及叶片出口角叶轮的外特性;对比了在泵送不同粘度介质时叶片数及叶片出口角对离心泵性能的影响程度。试验表明,叶片数与叶片出口角对离心泵性能的影响程度随输送油品粘度范围的不同而改变。分析可知,输送油品运动粘度低于１００×１０－６ｍ２／ｓ时,增大叶片出口角,能有效提高泵的输送能力;输送高粘油时,宜采用少叶片数叶轮。三叶片叶轮能在较大范围内延缓粘性对离心泵性能的影响。     

F1300型三缸钻井泵机架的静力有限元分析

对F1300型钻井系机架结构按板壳单元和三维块元进行了离散；采用主从节点技术、罚单元和边界弹簧单元处理了复杂壳体结构的特有问题；应用微机版LISA结构分析程序对F1300型三缸泵机架的强度和刚度进行了静力有限元分析计算，获得了机架在额定载荷作用下各部位的应力和变形的分布规律。计算结果表明，最大应力发生于主墙板轴承座周围，最大相对位移发生在轴承座中心平面处；整个机架结构应力、变形不均匀，强度、刚度富余，从而为F1300型钻井泵的改造、减轻重量和降低成本提供了必要的依据。