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水泵泄露量试验中的牛顿流体方案

研究人员主要研究影响摩擦力的主要因素,安排多因素实验,通过全面试验对摩擦力进行分析不现实,试验次数太多,参数越多试验次数增加的更多,结果还不一定满意。为减少试验次数、缩短试验时间和避免盲目性,需要采用合理的优化方案,采用多因素、混合水平设计表。

对于牛顿流体,影响因素有9个,包括柱塞偏心率、柱塞与泵筒间隙、柱塞长度、泵筒直径、柱塞速度、流体粘度、流体密度、沉没压力、排出压力,ca88手机版厂根据抽油泵的实际工作参数,偏心率取8个水平,其他因素取4个水平,如表1所示。

表1:影响因素水平表

柱塞偏心率

0、0.2、0.4、

0.5、

0.6、

0.7、0.8、0.9

柱塞与泵筒间隙(mm)

0.050、0.075、

0.100、0.125

柱塞长度(m)

0.06、

0.09、

0.12、0.15

泵筒直径(mm)

38、

44、

56、

70

柱塞速度(m/s)

0.1、

0.2、

0.3、

0.4

流体粘度(Pa+s)

0.03、

0.06、

0.09

0.12

流体密度(kg/m3)

850、

860、

870、

880

沉没压力(MPa)

3.0、

3.5、

4.0、

4.5

排出压力(MPa)

10、

、11、

12、

13

对于幂律流体,影响因素有10个,包括柱塞偏心率、柱塞与泵筒间隙、柱塞长度、泵筒直径、柱塞速度、稠度系数、流性指数、流体密度、沉没压力和排出压力。

在抽油泵中,柱塞上下端面之间存在较大的压差,一般上端面受到的压力大于下端面,在上冲程运动中,柱塞上部的流体会通过间隙漏失。间隙过小则增加了摩擦,间隙过大又增加了泄漏。因此,正确分析液体在间隙中的流动情况,合理确定间隙的大小,是非常重要的问题。

图1:同心环形间隙

同心环形间隙

一般情况下,柱塞上端的油柱压力大于柱塞下端泵吸入口的压力,存在压差,或者柱塞在泵筒内上下运动时,原油就会在间隙中流动。间隙中的流动分为压差流和剪切流两种,我们将因柱塞与泵筒的相对运动引起的流动称为剪切流,因柱塞两端的压差引起的流动称为压差流。

通过环形间隙的流量办与柱塞直径d、间隙高度h的三次方、柱塞两端的压差Ap成正比关系,与流体粘度以、柱塞长度L成反比关系,其中间隙高度h对流量的影响比较大。


在油田正常生产中,原油在ca88会员登录的泵筒与柱塞的间隙中流动,因同时受到压差和剪切共同作用,所以原油的流速和泄漏量是这两种运动的矢量迭加。

在实际工程中,由于外界环境各种因素的影响,柱塞与泵筒完全同心的环形间隙并不多见,当柱塞受力不均匀时,就会偏心。

随着迭代次数的增加,连续性残差值和x、y、z方向的速度残差曲线逐渐下降,并趋于平缓,经过114次的迭代计算,残差小于各自的收敛精度,即可判定模拟收敛了。

随着计算次数的增加,进出口的质量流量逐渐增大,最后基本趋于稳定状态。通过Report-Flux命令,可查得稳定时压力出口的质量流量为0.21019759kg/s。

因为柱塞沿Z轴负向偏心后,上部的间隙高度高于下部,下部间隙的流体受到的流动阻力增大,故一部分流体流到上半部分,流出间隙,进而导致上半部分的流体速度较大。通过Compute计算可知出口速度的最小值为0.6308354m/s,最大值为5.362962m/s。


在所研究因素水平数范围内,随着偏心率、间隙、柱塞速度、排出压力的增大,泄漏量逐渐增大,其中间隙对泄漏量的影响比较明显。同时,随着柱塞长度、泵筒直径、流体密度、流体粘度、沉没压力的增大,泄漏量逐渐减小,其中泵筒直径对泄漏量的影响不太明显。

ca88手机版厂研究结果表明,模拟值与实际值变化规律基本一致。原有理论计算模型考虑了柱塞偏心率、柱塞与泵筒间隙、柱塞长度、泵筒直径、柱塞速度、流体粘度、压差等7个因素,仿真模拟在此基础上又考虑了流体密度,并将压差分为沉没压力和排出压力分别考虑,使得结果更符合实际工况。

本文首先用正交试验法确定牛顿流体和幂律流体的试验方案,用前面提到的仿真方法进行模拟,然后对模拟结果进行分析,对模拟数据进行整合,分析各因素对泄漏量的影响,最后回归泄漏量表达式,证实此方法的可行性。


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点击次数:  更新时间:2018-01-16 09:46:07  【打印此页】  【关闭