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深井泵泵内流场的实验研究上-【新闻】钢闸阀

发布时间:2021-04-20 12:20:42 阅读: 来源:石英表厂家

深井泵泵内流场的实验研究(上)

研究泵内流场尤其是混相流流场是改善深井泵性能的关键。随着PIV技术、LDV技术及超声波技术的日趋成熟,人们已经可以利用这些先进的流场测试技术在不干扰流场的情况下进行高精度的测量。在加拿大已有人使用这些先进技术研究深井泵流场,石油大学海洋力学试验室针对该问题应用PIV进行了试验研究,其主要内容是测定不同流量时泵内流场的分布规律,并对比单相及混相流时深井泵内流场的异同。

2粒子成像测速及图像处理技术

粒子成像测速技术的基本原理①是利用撒在流体中的粒子对光的散射作用,用光学的方法记录下粒子在不同时刻在流场中的位置,从而得到粒子的位移,基于粒子对流场的跟随性,测出粒子所在位置上流体的速度及瞬时运动参数。

运用PIV技术,对流场中众多的粒子情况可以按时间顺序通过多次曝光记录在同一图像上,也可以通过高速摄影机记录在不同的图形上。利用有关的物理学及力学的假设和定律,并根据相应的数学模型,通过一系列数字运算即可得出反映流场特性的参数。通常,PIV系统主要由照明系统、PIV图像记录存储系统以及PIV处理系统组成。

2小型气液两相深井泵模拟试验装置

深井泵在井下工作,其工作介质也不是单相的,故很难对现场工作的深井泵的流场进行实际测试。另外,由于各油田油井地层条件很复杂,难以找到一般性的规律,因此,在实验室里建立了一套小型气液两相深井泵模拟试验装置,如图2所示。

该模拟试验装置主要由液压控制系统及气动控制系统组成。为了进行可视化研究,深井泵模型泵筒及柱塞均采用有机玻璃制造,其泵径为57 mm,柱塞长度为2.3 m,可模拟冲程为2~2.6 m,冲次为2~6次/s,内压为2.7 MPa的工况条件。

3试验过程

采用与原油密度及粘度相近的工业白油作为试验介质,用与白油密度接近的GDX522聚苯乙烯小球作为示踪粒子。使用22 W的氖激光发生器及相应的光路系统造成的强片光源作为PIV摄像的照明光源,并采用录像或照相的方法摄制PIV图像。针对不同的工况,分别对单相和气液两相流介质条件下深井泵泵筒、泵阀、柱塞等部位进行了PIV图像的录制和照相,以备进一步进行分析处理。

4实验结果及分析

由于对深井泵固定阀部位流场的研究已有相应的研究成果,而且气液两相流PIV图像处理程序不完善,故这里侧重于分析流动介质为单相流体时深井泵游动阀及柱塞部位的流场。

4.2深井泵泵阀运动规律

在试验中发现,深井泵泵阀的运动规律和以住人们对它的认识不完全相同,它的运动除了有垂直方向的直线运动,还伴随有两种旋转运动。当柱塞运动速度较小时,阀球绕水平轴上下旋转;当柱塞运动速度较大时,阀球绕竖直轴水平自转并且沿阀座内孔边角即阀座孔圆心轴公转。其旋转角速度与柱塞的运动速度有关,柱塞运动速度越大,阀球旋转角速度就越大。阀球的特殊运动形式主要与阀球、阀座结构的特殊性及流体的冲击有关。深井泵泵阀是一个球形阀件,当流体绕过它流动时,在其后部将发生附面层的脱离现象,同时产生一个横向激动力。由于阀球的对称性,这种横向激动力将沿阀球的“赤道”周围周而复始地移动,使阀球不是始终位于阀座孔轴心线上,而是偏离一个距离且紧靠在阀座边角上旋转,这就是“公转”现象。

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