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水泵阀体规律研究

根据阀体的形状不同,工业中泵阀系统一般分为球阀、平板阀、盘状锥型阀泵阀系统等类型,其中在钻井泵中运用最多的是盘形锥阀泵阀系统。根据钻井泵的泵阀系统工作原理可知,吸入阀和排出阀端的泵阀系统工作原理相同,运动过程相似,但两者之间在泵阀系统开启的压差及开启时序上存在一定差异,经调查发现,相对于排出阀,吸入阀更容易失效,其消耗量占整个泵阀系统维修费用的70%左右,因此吸入阀的寿命高低对整个钻井泵正常工作有重要的影响。因此,研究对象选为1600型钻井泵吸入端的API#7泵阀系统,以揭示钻井泵泵阀系统在阀体对阀座的冲击作用力及钻井液对泵阀系统的冲蚀作用情况下,ca88手机版泵阀系统内各部件的受力情况及钻井液的流速分布情况,进而对泵阀系统的失效进行分析研究。


钻井泵阀体在工作过程中受到弹簧弹力、上下压差力、重力、惯性力、摩擦阻力和各机械阻力的作用而作启闭运动,泵阀的受力状态如图1所示。若钻井泵的冲次较低,可以利用泵阀运动近似理论对钻并泵进行分析。但当钻井泵冲次较高,利用简化的近似运动理论误差较大,需要利用钻井泵的精确微分方程进行求解,,并忽略了各构件间的机械阻力及液力摩擦阻力的前提下,提出了基于泵阀运动学模型的较为精确的阀体运动学微分方程。

图1:阀体开启过程中阀体受力示意图

阀体开启过程中阀体受力示意图

虽然精确微分方程能够较好地描述阀体的运动过程,但是由于方程的特性原因,并不能直接用于开启和关闭过程的描述。为了研究阀体冲击阀座过程,需要获得阀体冲击阀座的初速度,因此单凭阿道尔夫微分方程还不能达到要求。对于开启阶段,在第一步迭代中可以采用假设初值的方法进行处理,而对于关闭阶段,则需要建立关闭时刻的运动学方程,对运动学方程进行求解,以使上述微分方程得到完善,从而使得阿道尔夫微分方程能够对泵阀整个运动过程进行描述。


在钻井泵的一个冲程运动中,对于吸入阀来说,当活塞运动至左死点时,吸入阀并不能完全关闭,存在着一定的滞后高度,这是阿道尔夫精确微分方程存在奇点的根本原因;ca88手机版厂对于排出阀当活塞运动至吸入冲程右死点时同样存在这样的滞后现象,因此需要对该关闭阶段建立运动学方程,在该过程中,泵阀在上下压差力、弹簧弹力、重力、惯性力、水力摩阻力和机械磨阻力等的作用下平衡,泵阀在恒力的作用下做匀加速度下落,忽略摩阻力的作用。

图2:阀体滞后关闭阶段阀体受力示意图

阀体滞后关闭阶段阀体受力示意图

阿道尔夫精确微分方程及上述关闭阶段的平衡方程能够较好地对泵阀运动过程进行描述。通过阿道尔夫精确微分方程能够求解得到阀体运动的滞后高度和滞后时的运动速度,可以以这些量作为ca88手机版泵阀关闭阶段的初始量,对泵阀关闭阶段运动方程进行求解,从而得出关闭瞬间阀体的运动速度、加速度等物理量,为泵阀系统碰撞过程的研究提供前提和依据。


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点击次数:  更新时间:2018-03-06 11:31:10  【打印此页】  【关闭