沙粒质量分数对油气混输泵过流部件磨损的影响

为研究沙粒质量分数对油气混输泵过流部件磨损的影响规律,基于DPM模型对油气混输泵内部的沙粒运动进行数值计算,并采用Finnie磨蚀模型计算油气混输泵过流部件的磨蚀率.研究结果表明:在沙粒质量分数较小时,沙粒与流体介质混合均匀;随着沙粒质量分数的增大,增压单元内的沙粒局部质量浓度显著增大,沙粒集中在叶轮压力面及导叶流道中部;沙粒质量分数增大会使磨损区域和磨损率急剧增大;在叶轮域中,磨损首先发生在压力面出口处,吸力面则在进口外缘发生点状和条状磨损;在导叶域中,压力面的磨损主要发生在外缘处,吸力面的磨损主要发生在进口轮毂处;从定量分析看,叶轮叶片表面的磨蚀率普遍大于导叶叶片表面的磨蚀率,磨损最严重的位置为叶轮叶片进口靠近轮毂处.研究结果可为改善油气混输泵抗磨损性能以及提高油气混输泵实际运行寿命提供一定参考依据.

工况对双螺杆混输泵振动特性影响实验

为研究工况对双螺杆混输泵振动特性的影响,搭建双螺杆混输泵多通道振动测试系统,测试并分析不同含气率、转速及出口压力下混输泵振动参数。结果表明:排液开始时排液腔瞬时打开诱发射流,射流向竖直向的泵出口偏转从而产生压力脉动并诱发振动,导致泵竖直方向振动加速度有效值高于水平方向和轴向;含气率为7.5%时振动加速度有效值为纯液工况时的1.88倍,随着含气率进一步升高测量值降低;而含气率大于20%时,振动有效值继续升高。在转速为1450r/min时y方向振动加速度有效值是850r/min时的2.95倍;振动加速度有效值随出口压力变化较小。当转速由850r/min升高至1450r/min时,径向垂直方向振动加速度主频由75fn移动至50fn。研究可为提高双螺杆混输泵运行稳定性提供指导。

黏度对油气混输泵内气相和泄漏涡分布的影响

为了更准确地探究油气混输泵在高黏度条件下输送介质时,其流道内常常存在的泄漏涡、分离涡等这些涡流的特性,文中选用欧拉-欧拉非均相流模型对油气混输泵内气相分布以及涡分布进行分析,并使用刚性旋转涡量表征涡旋强度.研究表明:在混输泵叶轮流道内,气相的存在较大地影响了叶片表面流线的分布规律.偏设计工况下,当黏度较小时气相主要集中分布在压力面后半段,当黏度较大时气相在压力面后段分布较少.不同工况下泄漏涡的分布规律都与气相分布吻合度较高,在偏设计工况下,其气相在流道尾部的聚集度和黏度成正比,但是在大流量工况下流道内局部的气相聚集得到了改善.此外,由于高黏度条件下流道内湍流黏度较低以及剪切涡较多,所以在考虑刚性旋转时的涡量分布更为准确.研究结果可为油气混输泵的优化设计等提供理论参考.

多相混输泵用超高压机械密封性能研究

针对超高压混输泵机械密封易磨损失效的问题,介绍了端面槽加工和涂层应用两种策略,用热流固耦合分析方法,分析了浅槽微接触式机械密封在实际应用中的温度分布和端面变形情况,阐述了表面涂层技术的应用,进行了一系列机械密封性能的试验研究。研究结果不仅证实了这些技术在提高机械密封寿命和可靠性方面的有效性,还证实了端面开槽和涂层技术在降低摩擦、改善耐磨性能方面的显著效果。为超高压混输泵机械密封系统的设计和优化提供了重要的理论依据及实践指导。

分流叶片对多相混输泵叶轮做功性能的影响

为了提高螺旋叶片多相混输泵的做功性能,借鉴常规长短叶片离心泵的设计方法,设计了一种带有分流叶片的螺旋叶片式多相混输泵,通过采用数值计算加以试验验证的方法深入探究了设计有分流叶片后多相混输泵叶轮的做功性能。结果表明:随着进口含气量和流量的增加,原模型和分流叶片模型总功率和静功率均逐渐增加且各截面上的静功率占比远超动功率。功率分布的变化表明分流叶片会引起叶轮进口截面的静功率下降且低于原模型,出口截面的动功率增加且高于原模型,致使叶轮进口区域的做功能力被削弱,但不影响叶轮主要做功区间位置,而且还提升了叶轮总功率且该提升量主要受益于动功率的增加。研究结果对螺旋叶片式多相混输泵的结构改型和性能提升有十分重要的参考价值。

分流叶片对混输泵水力性能影响的优化分析

混输泵作为输送海洋油气资源的关键设备,其输送性能直接影响油气开采效率和输送成本。因此,为探究分流叶片对混输泵流动特性的优化效果,本文采用ANSYS CFX软件对带分流叶片前后的混输泵在进口含气率为5%、10%和15%工况下进行数值模拟计算。结果表明:在含气率分别为5%、10%、15%时优化后混输泵单级扬程增加了18.9%、23.5%、24.2%,分流叶片的存在显著提升了混输泵的增压性能,改善了含气率对叶轮内液相速度分布规律的影响,抑制了叶轮内气相聚集现象的发生,使得叶轮内气相分布更为均匀。此研究结果为优化混输泵性能提供了参考。

复杂工况下深海采矿混输泵有限元分析

采用流固耦合及有限元方法对布放和混输等复杂工况下3级深海采矿混输泵进行强度计算,分析了泵内流场分布、转子部件应力应变及临界转速,并进行了500 m级深海采矿混输系统海上试验.结果表明:设计流量下,混输泵的计算扬程为124.30 m,相对误差为0.27%;布放工况时,混输泵最大变形仅为0.36500 mm,最大应力为73.971 MPa;混输工况时,泵最大变形为0.31500 mm,最大应力为58.860 MPa;转子部件前3阶模态仅沿泵轴方向变形,并未发生扭曲,而后3阶模态呈“S”形扭曲变形;转子部件1阶固有频率对应临界转速为2476 r/min;海试布放过程中混输泵安全可靠,混输工况下泵稳定运行时长超过57 h,实现了2次24 h连续无故障运行,且矿石颗粒体积浓度达到11.7%.

气相压缩性对气液混输泵设计工况点性能的影响

为研究气相压缩性对气液混输泵性能的影响规律,以螺旋轴流式气液混输泵为研究对象,采用欧拉-欧拉双流体模型,在20%~80%进口含气率范围内对混输泵设计工况点进行数值计算,分析气相压缩性对混输泵外特性曲线和内流场的影响。研究表明,在高含气率下气相可压缩性对混输泵的外特性预测结果影响明显增大;考虑气相压缩性后,混输泵叶轮单个流道内最先出现气堵问题,并且气相压缩性明显影响叶轮叶片上压力载荷分布以及叶轮内的气液两相的相间速度差分布。

设平衡孔时气液混输泵内部流动及轴向力分析

本文采用两相混合模型进行数值模拟计算,探究了不同进口含气率条件下,设置平衡孔对气液混输泵外特性、内部流动及轴向力的影响。研究发现:各工况条件下,设置平衡孔后该混输泵的轴向力均明显减小;从平衡系统回流的高压流体对转轮内部流动状态产生扰动,同时能破坏和夹带转轮流道内聚集的气泡;综合考虑对混输泵的性能和轴向力的影响,在较低进口含气率时采用平衡孔方法平衡混输泵轴向力的方法是可行的;平衡系统进出口压力系数随比面积系数增大而非线性减小,平衡孔的直径过大会导致混输泵的容积损失问题,因此平衡孔直径设计存在最佳值;对比发现平衡孔设在转轮叶片吸力面时转轮的轴向力幅值和脉动相对较小。研究结论可为后期多级气液混输泵平衡孔平衡轴向力系统的设计和优化提供思路和借鉴。

弹性转子油气混输泵的非线性动力学研究

为了研究弹性体转子外表面橡胶非线性变形对弹性体转子泵的影响,采用非线性单向流固耦合方法,建立转子啮合接触有限元模型,将非定常计算结果内流压力载荷施加到转子表面,研究圆弧转子型线和宽头刮边转子型线在不同的橡胶壁厚和出口压力下,对转子泵效率和启动扭矩的影响.结果表明,无论采用哪种型线,压差对橡胶剪应力和变形量影响较大,而转动角度对剪应力峰值影响较小;剪应力较大值主要出现在转子与衬套、转子与转子接触点附近靠高压区侧的圆弧区;壁厚与最大剪应力和橡胶变形呈正相关.设计的螺杆转子和得到的数据可用于弹性转子油气混输泵的设计和优化,延长弹性体转子油气混输泵在深海环境下的使用寿命,并大大节省了维护成本.

动叶轮叶片数对多相混输泵水力性能的影响

为了探究动叶轮叶片数对多相混输泵外特性、做功性能和水力特性的影响规律,基于欧拉非均质流模型,利用CFX软件对不同动叶轮叶片数下的多相混输泵在多种流量工况、入口含气率10%的条件下进行数值计算。研究发现:流量在90 m^(3)/h及以下时,动叶轮叶片数对扬程和效率的变化趋势影响相对较小,而随着流量的增加,四叶片动叶轮会使混输泵扬程和效率的下降程度增大;当动叶轮叶片数为3时,多相混输泵的外特性、叶片表面静压分布、载荷分布和水力特性等均优于动叶轮叶片数为4时的性能。本文的研究结果可为多相混输泵动叶轮叶片数的选择提供参考。

基于相似规律和神经网络的多级多相混输泵气液增压性能预测

准确预测多相混输泵的气液增压性能对油气生产的经济性和安全性至关重要.当前气液增压预测模型与方法存在参数范围窄、增压级数低的局限.该文搭建了工业参数级气液混输增压实验平台,实验获得了25级离心式混输泵的气液增压特性.提出了适用于高增压级数、变转速条件的混输泵气液增压性能预测方法.首先,构建了定转速、低增压级数混输泵气液增压人工神经网络;其次,采用相似规律,将变转速条件气液增压转换至设计转速条件;最后,基于等温压缩假设进行级间流动参数更新和高增压级数混输泵性能预测.不同级数(3~25级)和转速条件(2500~3500 r·min^(-1))混输泵气液增压预测的相对误差低于15%.该方法能够应用于其他类型多相混输泵的增压预测,为指导油气工业现场确定混输泵增压级数和生产评估提供有效方法.

废弃钻井液混输泵水力特性及内流机理研究

针对普通砂泵在面临黏度较大的废弃钻井液复杂介质时使用效果和能效特性不能满足要求的问题,以一种复合叶片的废弃钻井液混输泵为研究对象,基于原模型结构特性和叶道内流机理,进行叶片结构改进设计,通过多工况试验验证和内部流场数值分析,获得了新型复合叶片叶轮结构对废弃钻井液混输泵水力特性及内流机理的影响规律,结果表明,不同流量工况下仿真和试验的能效特性误差均在5%范围内,仿真结果准确度满足设计要求;改进后模型的水力特性比原模型平均提高了约5.8%,并通过流场特性对比分析得到验证;新型复合叶片叶轮结构驱动力更充分,流场改善更明显;低压区位于叶轮中心,并向叶轮出口处逐渐增加,两有叶区和无叶区流体存在明显的能量和质量转换。研究结果可为废弃钻井液混输泵叶轮复合叶片结构设计和高能效开发提供参考。

多相混输泵的流场模拟及样机研制

针对天然气水合物合成系统试验回路中的气液混输问题,提出了一种轴流式多相混输泵的设计。基于N-S方程和SST k-ω湍流模型对该多相混输泵的内部流场进行数值模拟,对比分析了纯水和进口含气率为50%时外特性的差异,揭示了内部流动规律。结果表明,纯水和进口含气量为50%的状态下,扬程均随流量的增大而单调减小;效率均随流量的增大而先增大后减小,在同一流量点,纯水时的效率比进口含气量为50%工况下的效率高约1%;轴功率均随流量的增大而单调减小,在同一流量点,纯水时的轴功率约为进口含气量50%工况下的2倍。同时制作了样机,应用于天然气水合物合成系统的试验回路中,验证了该混输泵具有较强的气液混输能力。研制的多相混输泵可应用于天然气水合物合成系统试验回路中或者其他高压环境下的气液混输场景。

海洋平台油气混输泵轴端密封改进设计与试验研究

针对某海洋平台油气混输泵轴端机械密封在运行过程中存在的失效问题,分析其产生的原因,并对其结构进行改进设计。对改进后机械密封进行实验室台架性能试验,分析不同弹簧比压条件下密封性能随压力的变化和密封端面磨损状况,以及不同端面设计宽度下密封性能随压力和转速的变化。结果表明:减小弹簧比压能略微降低密封端面摩擦功率,但会增大泄漏风险;减小端面宽度能有效提升润滑不良条件下的端面密封性能。确定密封优选设计参数,并对密封样机进行100 h型式试验。试验结果表明,改进后密封端面摩擦功率基本稳定,波动较小,泄漏量满足标准指标要求,验证了该密封结构改进的合理性、优选设计参数的有效性和运行工况的适应性。

滚动转子式油气混输泵工作特性试验研究

滚动转子式油气混输泵正在天然气开采领域快速推广,其试验研究有助于为泵头理论分析和正向设计建立基础,对于实现高性能泵头研发和推动天然气开发具有重大价值。通过搭建宽工况、高稳定性、高精度的内循环试验平台,开展了某型滚动转子泵工作温度、压力、排量和功耗测试试验,完成了其工作特性分析,全面建立了泵头工作机制,证明了该类泵头性能的优越性。研究结果表明:在油气混输作用下,滚动转子泵的缸内气体增压过程趋于等温压缩,工作腔温升有限,排气温度能够维持在55℃左右。滚动转子泵虽然在天然气开发领域作为压缩机使用,但更多地体现了泵的工作特性:泵头实际排量与转速和进气压力呈正比,与进排气压差线性负相关;泵头容积效率与进排气压差线性负相关;泵头功耗与进排气压差线性正相关,但与进气压力无关,且随转速升高其增长幅度不断上升;滚动转子泵的出口压力脉动远低于往复式天然气压缩机,而其增压橇外输压力脉动几乎被完全削减,体现出了重大设备优势。研究结果可为油气混输泵的设计与应用提供参考。

混合式油气混输泵内部流动分析

为分析混合式油气混输泵内部流动情况、探索混合式叶轮结构对混输泵性能的影响,该文基于Pro/E及Fluent等软件,对混合式油气混输泵建立全三维流场。并采用Mixture多相流模型、Standard k-epsilon湍流模型以及基于Pressure-Velocity耦合计算的Simple C算法。以理想状态的水和空气作为多相介质,通过改变含气率(GVF)等工况,分析了混合式油气混输泵的内部流动情况,以及不同外径的混流式叶轮对油气混输泵外特性的影响。结果表明:混合式油气混输泵相较于原型泵的扬程和效率得到提高,混流式叶轮内的气液分布较为均匀,随着混流式叶轮外径的增大,扬程提高越明显;在相同混流式叶轮外径下,随含气率提高,扬程逐渐下降,叶轮出口边出现气液分离,但流道内湍动能基本不发生变化。

某海上平台多相流混输泵故障分析与处理

本文主要阐述近年来该多相流混输泵机械密封的常见故障分析和处理,总结差异,旨在快速解决机械密封问题,保障混输泵正常运行和生产的稳定性。

海上油田混输泵生产运行可靠性优化实践

某海上油田有两台多相流混输泵,用于对上游低压油田A平台的油气水进行三相混合增压外输,混输泵投产后实际应用中,其运行可靠性受输送物流温度、关断逻辑设计、控制电源供电稳定性、密封油供给压力、润滑油运行参数等方面影响,油田从降低物流温度、优化关断逻辑、改变控制电源供电方式、密封油系统改造和优化滑油系统运行参数五个方面进行一系列技术优化,保障了混输泵安全、高效运行,保障了上游低压油田A平台的滚动开发。

双缸摆动活塞混输泵动力学特性理论研究

当前摆动活塞油气混输泵的研发普遍局限于单缸结构泵头体,限制了其性能提升与结构改进,使新型高性能混输泵头的发展与应用受到严重阻碍。针对这一问题,提出一种对置双缸结构摆动活塞混输泵,基于泵头关键部件建立了完备动力学理论模型,完成双缸泵头与单缸泵头动力学特性定量对比。结果表明,双缸结构泵头较单缸结构泵头呈现出显著动力性能优越性:滑板槽上方支撑力与下方支撑力的波动幅值分别减小51%和40%;工质压差力波动幅值降低38.8%;主轴前、后半周的滑板摩擦功耗幅值降幅均在30%以上,对应峰值转角则分别提前29°、滞后29°;主轴径向载荷和阻力矩变化周期减小一半,幅值降幅分别达38.7%和46.7%,且二者波动基本消除,极大提升了整机运转稳定性;滑板综合摩擦和整机能耗分别下降7.5%、5.5%,创新了油气混输用摆动活塞泵头体结构,建立了双缸泵头动力学分析基础理论,为高性能泵头研发提供技术支撑,对于推动国内油气混输技术的发展具有重大意义。