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内压缩转子式油气混输泵特性分析与出口球阀的研究

作　者: 杨琳
导　师: 张生昌
学　校: 浙江工业大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 转子式油气混输泵内压缩比球阀气液比 FLUENT 工作特性
分类号: TE974
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

油气混输属最先进的油气开采工艺,油气混输泵是该工艺中关键设备之一,但在复杂的油气混输工况下,传统油气混输泵暴露出效率低、天然气回收困难、可靠性差且易产生气阻等诸多不足。针对这些问题,本文提出了一种新型内压缩转子式油气混输泵,通过在转子泵出口增设三组球阀,使其具备独特内压缩功能,可更好的适应混输工况,且提高了内压缩比与效率。鉴于目前对该产品的相关研究尚处于初始阶段,本文分别从泵输入功率、出口球阀动态特性运动规律、球阀与阀组结构参数的变化和阀球受力几个方面进行了理论分析与数值仿真计算,初步揭示了在复杂气液比工况下,泵及出口球阀的工作特性与变化规律,可为该泵理论分析与设计计算提供借鉴。主要研究工作如下：1.通过分析该新型转子泵的结构特点和内压缩过程,得到转子泵输入功率、附加输入功率及无内压缩过程泵输入功率的理论计算公式。并且结合实例计算,进一步分析了在不同内压缩比(分别改变吸入压力和排出压力)和气液比工况条件下,内压缩转子式油气混输泵输入功率的的变化规律。2.利用MATLAB软件,基于龙格—库塔方法进行理论数值求解得到球阀升程、速度随时间的变化曲线。根据实际结构和工作参数,建立了转子泵及球阀的几何模型,运用FLUENT软件对模型进行数值仿真,得到了球阀运动曲线,并与理论计算曲线进行对比分析。3.深入分析了球阀阀组结构参数及物性工况对阀球运动特性和阀隙流场的影响,通过模拟不同阀座半锥角和入口直径下阀球的运动速度及升程特性,给出了在输送不同含气率介质工况中,阀隙压力场、速度场随结构变化的分布规律,并结合球阀流量系数的计算模型,获得了球阀阀组结构参数、气液比与流量系数的关系曲线。4.提出了在球阀上增设弹簧的优化方案,通过改变气液比、弹簧刚度系数(1000～4000N/m)和四种阀球材质,分析了阀球受力,并研究了弹簧力、阀球材质对球阀运动参数变化特性的影响,为出口球阀的选择和设计提供了参考。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
符号说明  10-12
第1章绪论  12-22
  1.1 选题背景、目的及意义  12-15
    1.1.1 油气混输工程价值与意义  12-13
    1.1.2 油气混输泵的特殊技术要求  13-15
  1.2 国内外研究现状  15-20
    1.2.1 油气混输泵研究现状  15-16
    1.2.2 球阀研究现状  16-19
    1.2.3 锥形阀研究现状  19-20
  1.3 研究计划  20-22
    1.3.1 研究对象  20
    1.3.2 研究目标  20-21
    1.3.3 研究内容  21-22
第2章泵输入功率的计算与分析  22-34
  2.1 泵工作原理  22-24
  2.2 泵输入功率分析  24-27
    2.2.1 球阀开启压力  25
    2.2.2 油气两相介质内压缩增压过程模型  25-26
    2.2.3 泵输入功率  26-27
  2.3 泵输入功率实例计算分析  27-32
    2.3.1 不同内压缩比和气液比工况下泵输入功率  28-31
    2.3.2 泵附加输入功率的分析  31-32
    2.3.3 有内压缩比无内压缩少消耗的功率计算  32
  2.4 本章小结  32-34
第3章泵出口球阀动态特性模拟计算  34-42
  3.1 球阀运动规律的数学模型  34-37
  3.2 实体建模  37-39
    3.2.1 流体流动控制方程  37
    3.2.2 湍流模型  37
    3.2.3 动网格模型  37-38
    3.2.4 边界条件  38
    3.2.5 建立模型  38-39
  3.3 阀球动态特性变化规律分析  39-41
  3.4 内部流场仿真计算云图  41
  3.5 本章小结  41-42
第4章阀组结构参数的分析研究  42-55
  4.1 计算模型的建立  42-44
    4.1.1 欧拉多相流模型  42-43
    4.1.2 仿真计算模型  43-44
  4.2 模型仿真结果分析  44-54
    4.2.1 模型1结果分析  44-49
    4.2.2 模型2结果分析  49-52
    4.2.3 流量系数  52-54
  4.3 本章小结  54-55
第5章弹簧力、材质对球阀性能的影响  55-63
  5.1 球阀受力方程  55-56
  5.2 数学模型设置  56
  5.3 模型非稳态仿真计算  56-62
    5.3.1 弹簧刚度系数对球阀性能的影响  56-59
    5.3.2 阀球材质对球阀性能的影响  59-62
  5.4 本章小结  62-63
第6章总结与展望  63-66
  6.1 总结  63-64
  6.2 本论文创新点  64-65
  6.3 展望  65-66
附录  66-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
攻读学位期间参加的科研项目和成果  73

内压缩转子式油气混输泵特性分析与出口球阀的研究

内容摘要

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