發(fā)布時間：2020-07-17 04:08

【摘要】：螺旋軸流式混輸泵具有排量大、對砂粒不敏感等優(yōu)勢,在石油工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較廣。然而該類型泵的進口管道常見因砂粒沖擊而發(fā)生沖蝕磨損,對泵的正常運行及安全生產(chǎn)造成隱患。本文基于計算流體動力學(xué)(CFD),采用數(shù)值模擬的方法對螺旋軸流式混輸泵進口管道的沖蝕問題進行研究,具有重要工程應(yīng)用價值。基于單向耦合的歐拉-拉格朗日法,建立了混輸泵進口管道兩相沖蝕模型,包括流動模型、顆粒運動模型及沖蝕方程三大模塊。通過與解析解及試驗結(jié)果對比,分別驗證了上述三部分模型的準(zhǔn)確性。采用CFD數(shù)值模擬方法,將得到驗證的模型應(yīng)用于混輸泵進口管道,研究其沖蝕規(guī)律。結(jié)果顯示,液固兩相最大沖蝕速率與流速呈指數(shù)關(guān)系增長,且此指數(shù)系數(shù)為2.76;與顆粒的質(zhì)量流量線性正相關(guān);隨著顆粒粒徑的增大先減小后增大,且臨界粒徑為100?m。然后,采用正交設(shè)計的方法,研究了三個主要參數(shù)對沖蝕的影響程度。結(jié)果表明,顆粒的質(zhì)量流量影響最大,速度次之,粒徑最小。此外,研究發(fā)現(xiàn)擴散角為5?的漸擴管內(nèi)部流場無旋渦出現(xiàn)、壓降較小,且最大沖蝕速率是突擴管的1/2,說明該類管道在減少能量損耗、降低沖蝕磨損及保障泵高效運行方面具有優(yōu)勢,因此本文推薦采用此漸擴管作為混輸泵的進口管道。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE974.1
【圖文】：

隨著國際能源需求的不斷提高，陸地和近海油氣資源儲量在長達一個多世紀(jì)的開采后日益趨緊[1]。在當(dāng)前形勢下，加大力度勘探開發(fā)海洋、沙漠等環(huán)境惡劣的偏遠油田勢在必行。上述油田的開發(fā)存在輸送距離遠、投資耗費大等問題。為降低開采成本、提高經(jīng)濟效益，油氣多相混輸技術(shù)因具備大幅減少管線和其它基建設(shè)備的投資、監(jiān)控及維護等費用的特點，在過去的數(shù)十年間得到了較大發(fā)展。多相混輸技術(shù)的核心設(shè)備是混輸泵，目前工程應(yīng)用上常見的混輸泵主要有基于容積變化的雙螺桿泵和葉片旋轉(zhuǎn)動力式的螺旋軸流式混輸泵兩大類，如圖 1.1 所示。雙螺桿泵的研制起步較早，經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展目前已在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，其主要優(yōu)勢為對氣體適應(yīng)性好、能夠輸送粘度很大的流體。然而雙螺桿泵對砂粒較為敏感，即使?jié)舛容^小的砂粒進入泵內(nèi)，也會造成嚴(yán)重的磨損，進而導(dǎo)致泵的工作性能下降，縮短泵的使用壽命[2]。相比較而言，螺旋軸流式混輸泵作為一種葉片式動力泵，具有排量大、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、對固體顆粒不敏感等優(yōu)點，因此在石油工業(yè)含砂混輸技術(shù)中具有廣闊的應(yīng)用前景[3]。

第1 章 緒 論工作，自主設(shè)計研發(fā)的該類型泵的主體結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示，由吸入單元、、泵體、輔助單元、進口管道和出口管道等部分組成。經(jīng)過二十多年的研目前實驗室課題組在泵的設(shè)計尤其是葉輪設(shè)計、性能預(yù)測、可視化試驗及規(guī)律等方面的研究水平已達到國內(nèi)領(lǐng)先地位。然而實踐表明，含砂混輸時的各過流部件常發(fā)生沖蝕磨損[5]，零部件乃至機械系統(tǒng)可因此失效，嚴(yán)重業(yè)停產(chǎn)甚至對環(huán)境和人員造成傷害。而且實驗室課題組目前尚缺乏對螺混輸泵沖蝕磨損方面的研究，因此以此類型泵的過流部件作為研究對象，蝕問題已十分有必要。

口管道沖蝕規(guī)律研究的 CFD 沖蝕模型，對螺旋軸流式混輸泵進口管道種類、流速、顆粒粒徑及質(zhì)量流量等主要因素對沖正交設(shè)計方法研究流速、顆粒粒徑、顆粒的質(zhì)量流的重要程度。對泵性能影響研究流式混輸泵的性能特點，采用沖蝕模型下的粗糙壁管道與泵性能的關(guān)系。此外，研究不同幾何型式的口管道的選型提供參考。路線主要研究內(nèi)容，制定以下技術(shù)路線，如圖 1.4 所示

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