考慮固定閥雜物沉積的抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計

陳妙莉 謝煜

摘要：為解決傳統(tǒng)抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)旋流速度低的問題，考慮固定閥雜物沉積設(shè)計抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)。通過確定抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)原理，考慮固定閥雜物沉積，計算抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過泵內(nèi)多級扶正組合的方式，實現(xiàn)抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計實例分析，結(jié)果表明，設(shè)計旋流器結(jié)構(gòu)旋流速度明顯高于對照組，能夠解決傳統(tǒng)抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)旋流速度低的問題。

Abstract：? In order to solve the problem of low swirl speed of traditional pump swirler structure， the structure of pump swirler is designed considering the deposition of fixed valve sundries. By determining the structure principle of the pump hydrocyclone， considering the deposition of fixed valve debris， calculating the structural parameters of the pump hydrocyclone， the structural design of the pump hydrocyclone is realized by the way of multi-stage centralizing combination in the pump. The results show that the swirl speed of the design hydrocyclone is obviously higher than that of the control group， which can solve the problem of low swirl speed of the traditional pump hydrocyclone.

關(guān)鍵詞：固定閥雜物沉積;抽油泵;旋流器結(jié)構(gòu)

Key words： fixed valve debris deposition;pumping pump;cyclone structure

中圖分類號：TP343.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0012-02

0? 引言

旋流器作為一種分離分級設(shè)備，是抽油泵中的重要組成設(shè)備，本文研究的抽油泵旋流器在工業(yè)設(shè)備研究領(lǐng)域內(nèi)，屬于一種較為常見的水油分離處理裝置，設(shè)備的使用原理主要為對液體的離心沉降[1]。抽油泵旋流器在運行過程中，由于固定閥處雜物沉積現(xiàn)象，導(dǎo)致旋流器結(jié)構(gòu)在旋流過程中所受阻力變大。以往針對抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于未考慮固定閥雜物沉積，很容易在投入現(xiàn)實使用后出現(xiàn)旋流器結(jié)構(gòu)旋流速度慢的現(xiàn)象，進而影響其使用性能。因此，針對抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是具有現(xiàn)實意義的。本文通過分析抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)原理，在考慮固定閥雜物沉積的產(chǎn)生原因后，選取泵腔油液流速作為關(guān)鍵參數(shù)，計算得到旋流器入口收縮系統(tǒng)，以此為依據(jù)，利用泵內(nèi)多級扶正組合設(shè)計了抽油泵旋流器整體結(jié)構(gòu)，實驗驗證了設(shè)計方法能夠有效提高旋流器結(jié)構(gòu)旋流速度，具有一定的應(yīng)用價值。

1? 考慮固定閥雜物沉積的抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 確定抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)原理

在本文設(shè)計的抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)中，必須預(yù)先明確抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)原理，以此為依據(jù)展開設(shè)計[2]。當(dāng)抽油泵旋流器中兩種不同性質(zhì)的液體，以一種混合液的狀態(tài)呈現(xiàn)在其中時，設(shè)備可以按照一定的壓力，從區(qū)域周邊從抽油泵旋流器邊緣進行切入，使兩種不同液體進行分離。在此種狀態(tài)下，抽油泵旋流器產(chǎn)生的運動被稱之為湍流運動。考慮到在此過程中，混合液在抽油泵旋流器分離過程中，受到粒度差的影響，導(dǎo)致液體的向心浮力與曳力作用力不同，從而通過離心產(chǎn)生一定的沉降作用。此種行為實施過程中，液體中大粒徑的分子從抽油泵旋流器的底部流出，水油呈現(xiàn)分離，而此種狀態(tài)下的產(chǎn)生液體密度差的原理主要為“液體—液體”、“液體—固體”、“液體—氣體”，在多種離心作用力下，圓柱內(nèi)液體發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致分離[3]。抽油泵旋流器中的液體中，密度較大的組成成分，在作用力的影響下，沿著軸邊逆時針向下運動，逐步沿著外部口徑流出，此時其內(nèi)部便形成了一種旋流場，當(dāng)運動的流體達到底部流口排出后，軸線中心部位會產(chǎn)生一種向上運動的旋流渦，液體隨著底部溢流區(qū)域流出，實現(xiàn)使用抽油泵旋流器對混合一體的分離處理。由此可見，本文設(shè)計的抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)必須能夠保證水油呈現(xiàn)分離狀態(tài)。

1.2 考慮固定閥雜物沉積計算抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)

在確定抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上，考慮固定閥雜物沉積計算抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)[4]?？紤]固定閥雜物沉積的情況下，針對抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算需要更加精準(zhǔn)，本文選取抽油泵旋流器泵腔內(nèi)油液流速，作為抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)抽油泵旋流器泵腔內(nèi)油液流速的計算表達式為v，則有公式（1）。

公式（1）中，b指的是抽油泵旋流器泵腔寬度;w指的是抽油泵旋流器泵腔高度;Q指的是抽油泵旋流器入口流量;e指的是對稱流動的復(fù)勢。通過公式（1），計算得出抽油泵旋流器泵腔內(nèi)油液流速，在抽油泵旋流器泵腔容量允許的情況下，將抽油泵旋流器泵腔內(nèi)油液流速最大化，進而避免出現(xiàn)固定閥雜物沉積對旋流器結(jié)構(gòu)旋流速度的影響[5]。不僅如此，為防止抽油泵旋流器入口的收縮現(xiàn)象，在考慮固定閥雜物沉積的前提下還需要在抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計中引進收縮系數(shù)，保證抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定的合理性。設(shè)抽油泵旋流器入口收縮系數(shù)的計算表達式為？著，則有公式（2）。

公式（2）中，h指的是抽油泵旋流器運行時間;？琢指的是抽油泵旋流器入口角度。通過公式（2）中，計算得出抽油泵旋流器入口收縮系數(shù)。以此，結(jié)合抽油泵旋流器泵腔內(nèi)油液流速，完成考慮固定閥雜物沉積抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算。

1.3 實現(xiàn)抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計

以上述考慮固定閥雜物沉積計算得出的抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)為依據(jù)，通過泵內(nèi)多級扶正組合的方式，設(shè)計抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計的抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

在圖1中，1指的是固定閥球;2指的是上連接件;3指的是下連接件;4指的是上柱塞;5指的是嚙合式單面滾珠軸承;6指的是油管接箍;7指的是柱塞下部接頭;8指的是下出油閥球;9指的是泵筒;10指的是固定進油閥罩;11指的是抽油桿。結(jié)合圖1所示，為本次考慮固定閥雜物沉積設(shè)計的抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)。

2? 實例分析

2.1 實驗準(zhǔn)備

設(shè)計實例分析，實驗?zāi)康臑樽C明本文考慮固定閥雜物沉積設(shè)計抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中的性能。首先，使用考慮固定閥雜物沉積設(shè)計抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)，進行水油分離，通過黑盒工具 -QAcenter測得旋流器結(jié)構(gòu)旋流速度，記為實驗組;再使用傳統(tǒng)抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)，進行水油分離，同樣通過黑盒工具 -QAcenter測得旋流器結(jié)構(gòu)旋流速度，記為對照組。實驗主要內(nèi)容為測試兩種抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)的旋流速度，流器結(jié)構(gòu)旋流速度越高證明旋流器結(jié)構(gòu)性能越好;測試兩種抽油泵旋流器的日產(chǎn)液量，日產(chǎn)液量越高說明旋流器避免雜質(zhì)沉積的效果越好。針對黑盒工具 -QAcenter測得的旋流器結(jié)構(gòu)旋流速度，記錄實驗結(jié)果，共設(shè)置8次實驗。

2.2 實驗結(jié)果分析與結(jié)論

整理兩組旋流器結(jié)構(gòu)的旋流速度實驗結(jié)果，如表1所示。

分析表1，本文設(shè)計旋流器結(jié)構(gòu)旋流速度平均為3.14m/s，而傳統(tǒng)抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)的旋流速度平均為1.43m/s，由此可知，本文設(shè)計的旋流器結(jié)構(gòu)旋流速度明顯高于對照組。這是由于本文設(shè)計方法考慮固定閥雜物沉積，通過確定旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)，改善了雜質(zhì)沉積對旋流器的運行的不良影響，提高了旋流器的旋流速度，具有現(xiàn)實應(yīng)用價值。兩組不同旋流器結(jié)構(gòu)的抽油泵日產(chǎn)液量實驗結(jié)果，如表2所示。

分析表2可知，本文設(shè)計的旋流器結(jié)構(gòu)應(yīng)用于抽油泵中，每日產(chǎn)液量平均達到25.39m3，而傳統(tǒng)旋流器結(jié)構(gòu)的抽油泵日產(chǎn)液量平均為16.62m3，由此，設(shè)計的旋流器結(jié)構(gòu)在產(chǎn)液量上有很大程度的提升，通過設(shè)計的旋流器結(jié)構(gòu)能夠在抽油泵抽吸時加速油液攜帶雜質(zhì)從井下抽提至地上，避免了在抽油泵內(nèi)的沉積，提升了抽油泵的生產(chǎn)效率。

3? 結(jié)束語

本文通過實例分析的方式，證明了設(shè)計抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計的必要性。因此，有理由相信通過本文設(shè)計，能夠解決傳統(tǒng)抽油泵旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對本次旋流速度測定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進行檢驗，進一步提高旋流速度測定結(jié)果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。與此同時，還需要對抽油泵旋流器的優(yōu)化設(shè)計提出深入研究，以此為提高抽油泵旋流器的質(zhì)量提供建議。

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