CQQ-01真空除气器旋转流场CFD分析及叶轮参数优化

发布时间：2020-06-12 04:01

【摘要】：严格控制钻井液的性能参数对于平衡压力钻井具有重要的意义,而气侵现象会严重改变钻井液的密度,导致其密度下降,粘度升高,对钻井安全带来危害。除气器是用于除去气侵钻井液中小气泡的设备。真空除气器由于结构简单、处理量大、除气效率高等优点,得到了广泛的应用。为保证除气效果达到要求,需要对真空除气器的性能进行分析,而除气器的性能很大程度上决定于其内部流场的分布。本文以CQQ-01真空除气器为研究对象,运用CFD方法对除气器内部旋转流场进行了分析,同时分析了除气器叶轮的结构参数和运行参数对流场的影响,从而为合理地选择叶轮参数提供了依据。本文采用Inventor软件建立除气器三维模型,同时采用CFD分析软件STAR-CCM+建立除气器旋转区域的CFD仿真模型,对仿真模型进行数值计算,计算结果的残差监测曲线、入口压力监测曲线和出口流量监测曲线表明该模型的计算精确度达到了要求,对除气器旋转区域中间截面的速度场、压力场和叶片工作面、叶片背面的压力场进行分析,结果显示:从叶片入口到叶片出口,由于叶片旋转做功,液体速度逐渐增大,压力也逐渐升高;从叶片出口到扩压管出口,液体速度逐渐减小,压力逐渐升高,液体速度减小导致的动能损失转化为液体的压力能;扩压管内侧靠近壁面的地方出现了局部的回流和漩涡,导致内侧液体速度较低,而扩压管其他区域的液体基本平行于壁面向外流动,最后垂直于出口流向外面;叶片工作面和背面的压力随直径的增大而增大,但在同一直径的圆周上,工作面的压力高于背面。根据对CFD计算结果的分析结合离心式叶轮机械的工作原理,验证了CFD模型的正确性。为了得到除气器叶轮参数的合理取值,本文针对除气器叶轮叶片数、叶片弯曲形式、叶轮直径和叶轮转速等参数对流场的影响进行了分析,结果表明:叶片数的增加能使除气器旋转区域的速度场和压力场分布更加均匀;采用后弯叶片能降低流场内的回流和漩涡的面积,同时能抑制空化现象的出现;叶轮直径的增大能使叶片入口的速度增大,同时能降低叶片入口的压力,有利于与外界形成压力差,从而将液体吸入到叶轮中;叶轮转速的增加会使叶片旋转区域的液体速度增加,同时降低叶片入口的压力,但也会使扩压管内侧的回流和漩涡面积增大,当转速低于1500 r/min时,叶片入口与外界形成的压力差太小,不利于叶轮吸入液体,当转速高于2000 r/min时,会导致叶片入口压力太低,从而出现空化现象。
【图文】：

真空除气器,真空罐

为 27~51 kPa。该型除气器的结构特点是：在一个长度约为 3800 1100 mm 的拖撬式底座上，水平安装一个长度约为 3000 mm，直径的真空罐。真空罐的正上方安装一个真空泵和气水分离器。该除气器00 mm，总重量 1520 kg。气器的工作过程是：通过真空泵在真空罐内产生一定的真空度，从而液吸入到真空罐内，钻井液进入真空罐后，在真空罐内部上方水平安向槽道内流动，槽道的端部与两片伞形分流板连接，钻井液从槽道板[17]。由于伞形分流板的表面积比较大，，钻井液在伞形板上扩展为10 mm 湍流薄层，在湍流和真空度的共同作用下，钻井液里的小气泡浮，气体释放，真空泵将释放的气体从罐体内抽出。真空罐内部下方心泵，用来将除气后的钻井液排出。离心泵由功率约为 37 kW 的电泵由功率约为 3 kW 的电机驱动。液位控制机构由三通阀、连杆和，可以对真空罐内的真空度和钻井液的液位进行控制。

真空除气器,单位时间

第 1 章绪论表面积的同时还能减小安装空间；真空泵和气水分离器安装构较为紧凑、占用空间小[15]。该真空除气器根据单位时间处G-10 两个型号。其单位时间处理量分别为 1.9 m3/min 和 3.8×宽×高）分别为 2200×1400×1600（mm）和 2500×150量分别为 1080 kg 和 1770 kg。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P634.3

【参考文献】