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隔膜式液力抽油泵的設計與分析
發布時間:2017/10/19 9:20:31    來源:本站【字號:大 中 小】次瀏覽
隔膜式液力抽油泵的設計與分析陳浩王長江2,裴延波李悅欽倪平平1(1.西南石油大學石油天然氣裝備教育部重點,地面液壓系統對動力液加壓,動力液經油管、泵體中心管進入橡膠囊,在壓力P(中心管內動力液靜壓與泵壓之和)的作用下,橡膠囊逐漸脹開,迫使隔膜泵的進油凡爾關閉、出油凡爾打開,并克服靜壓力(環形空間內原油產生的靜壓力)把原油擠入套管內,繼而被舉升至地面,完成排油過程;如b所示:地面液壓系統卸壓,泵體中心管內只有動力液產生的靜壓力Pd、環形空間內亦只有靜壓力Py,橡膠囊在碟簧組彈力的作用下逐漸被壓縮,動力液回流入中心管。此時,出油凡爾被迫關閉、進油凡爾打開,原油經進油孔流入泵體中,完成吸油過程。地面液壓系統交替加卸壓,以促使吸排油的交替循環,實現隔膜泵的抽油功能。
2理論排量的分析與計算由以上的工作原理可知,決定隔膜泵排量的主要因素是橡膠囊內腔容量。當地面液壓系統加壓時,從泵體出油孔排出油的體積矣橡膠囊的總體積;當地面液壓系統卸壓時,從進油孔吸入油的體積矣橡膠囊收縮的總體積。故而,要計算隔膜泵的理論排量就必須首先確定橡膠囊的排液趨勢及橡膠囊的組數。
2.1等效模型的建立學理論求取通孔流速,繼而擬合橡膠囊的排液曲線。
2.1.1等效前提條件等效前提條件:組合碟簧的內徑為隔膜泵中心管外徑(約20 mm)、碟簧外徑與隔膜泵泵體之間應留有定余量,以滿足碟簧形變時的徑向延伸,故碟簧外徑暫取45mm.進而可知:碟簧作用在橡膠囊護板上的環形面積為n(452 -202)/4.在同一平面上,橡膠囊圍繞隔膜泵中心管開有4個出口,每個出口的尺寸待定。
從等效前提條件看,橡膠囊的每個出口所對應的作用力和作用面積為F/4與n /16,具有相同面積的圓的直徑約為20.16mm,此直徑與泵體中心i.nei,因為橡膠囊排液孔排液時的流體速度無法直接u求得,故可通過建立碟簧系統的等效模型并由流體力管內徑相差甚微,故可在等效模型中等同。
2.1.2等效思路闡釋等效思路:動力液通道(泵體中心管)等效為中的n管,因通道中始終是充滿液體的,且液體量不變,故等效的n管中亦充滿液體,卸壓回流后n管中的液體量仍不變,因回流壓力迫使n管中部分液體溢出。碟簧在工作時有預緊力,其大小等于動力液通道中液體產生的靜壓強與碟簧受力面積之積,可與中的n管等效。另外,承受預緊力的碟簧在脈沖壓力下又產生新的變形量和新的彈性應力,此部分彈性應力的1 /4即可等效為相應高度的液柱產生的靜壓力,亦將脈沖壓力的1/4等效為相應高度液柱產生的靜壓力,如中的H所對應的那段液柱即為等效高度。2.2等效模型具體參數的計算與排液曲線的擬合等效模型如,由主要技術指標知:I管液面未下降時,H =375m,2=2500m,兩管的內徑均為20mm,下部連通管的內徑為5mm、長度為7mm,管液體為清水且不可壓縮,n管裝滿液體,且始終不變,t隨時間逐漸下降。這就歸結為解決下面兩個問題:(1)I管液面開始下降的瞬間,下部連通孔處的流體速度,(2)I管液面下降的高度與連通孔流體速度之間的曲線關系,對于問題(1),此種形式的出流為孔口非恒定淹沒出流,以過孔口中心的水平面為基準面,則能量方=h2―I、n管內流體高度,m;外,2―I、n管液面上的大氣壓強,Pa;p―管內液體密度,kg/m3;g―重力加速度,m/s2;―I、n管內流體流速,m/s;hw―流體的水頭損失,m.由等效模型可知,H進入n管,迫使n管溢出等體積液體,確保n管液體高度與液體量均不變,達到合理等效的效果。

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