井用潜水泵轴向力平衡的研究

发布时间：2017-04-17 01:19

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【摘要】：井用潜水泵外径由于受到井径的限制,为了达到需要的扬程,工程中通常采用将叶轮同向排列的方式,使得泵的扬程随着叶轮级数的增加而增大,造成潜水泵轴向力的急剧增加。潜水泵运行中产生的轴向力由潜水电机承受,由于潜水电机所能承受的轴向力是有限的,过大的轴向力一是造成潜水电机推力轴承磨损,电机转子下沉引发安全事故；二是限制了潜水泵向高扬程的发展。因此,设法消除或平衡轴向力既可以提高井用潜水泵的使用寿命和效率,又有利于井用潜水泵向高扬程的发展。本文的主要内容如下： 1.以300QJ230-40/2型井用潜水泵的轴向力平衡为研究对象,以清水为介质,在叶轮前后密封环直径相同的条件下(即叶轮后密封环直径加大量为零),采用标准k-ε湍流模型在多重参考系下对该泵全流道进行了定常不可压数值模拟,对该泵的扬程、效率以及轴向力作了数值计算,并绘制了性能曲线和轴向力随扬程变化的关系曲线； 2.通过试验测量获得了该型潜水泵的外特性,并采用机械法对潜水泵的轴向力进行了测量,将外特性与轴向力的模拟值和试验值进行了对比分析,结果表明,当潜水泵后密封环直径加大量△rm=0时,在0.8Qsp～1.2Qsp(对应扬程为46-36m)的工作区域,泵性能和轴向力的数值计算结果与实测结果基本吻合,误差在5%以内； 3.在叶轮前密封环直径、平衡孔直径及数量不变的条件下,当叶轮后密封环直径加大量△rm≠0时,对该潜水泵进行了全流道数值模拟和轴向力数值计算和分析,并绘制了不同后密封环直径下泵轴向力随扬程变化的关系曲线,结果表明,当后密封环直径加大量一定时,轴向力随着扬程的增加而增大,而泵扬程恒定时,轴向力随着叶轮后密封环直径的加大得到了有效的减小； 4.为了分析泵单级的轴向力随后密封环直径加大量的变化规律,引入了比面积和轴向力系数的概念,研究表明,保持叶轮前密封环直径、平衡孔直径及数量不变的条件下,通过加大叶轮后密封环直径可以有效地减小轴向力,该研究结果为相似泵的轴向力预测和评估提供了重要参考。
【关键词】：井用潜水泵 叶轮后密封环直径 数值模拟及试验 轴向力 无因次曲线
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究背景与意义11
• 1.2 国内外研究进展11-18
• 1.2.1 轴向力的产生原因12-13
• 1.2.2 轴向力的计算公式13
• 1.2.3 轴向力平衡新方法13-16
• 1.2.4 轴向力的计算模型16-18
• 1.3 主要研究内容18-20
• 第2章 轴向力的计算公式与平衡原理20-27
• 2.1 研究对象20-21
• 2.2 计算理论假设21
• 2.3 轴向力计算公式21-25
• 2.3.1 盖板力F_121-23
• 2.3.2 动反力F_223
• 2.3.3 结构引起的轴向力F_323
• 2.3.4 重量引起的轴向力F_423-24
• 2.3.5 其他因素引起的轴向力F_524-25
• 2.3.6 潜水泵轴向力F的理论计算公式25
• 2.4 加大叶轮后密封环直径平衡轴向力的原理25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 井用潜水泵的数值模拟27-41
• 3.1 研究方法的选择27-28
• 3.2 数学模型的建立28-34
• 3.2.1 控制方程28-29
• 3.2.2 湍流模型29-31
• 3.2.3 控制方程离散方法31
• 3.2.4 流场数值计算的求解方法31-33
• 3.2.5 动静耦合模型33-34
• 3.3 计算模型及网格划分34-37
• 3.3.1 三维几何建模34-35
• 3.3.2 网格的生成35-37
• 3.4 模型的求解37-39
• 3.4.1 进口边界条件37-38
• 3.4.2 出口边界条件38
• 3.4.3 壁面边界及交界面条件38-39
• 3.4.4 流体域条件39
• 3.5 FLUENT后处理39-40
• 3.5.1 扬程H39
• 3.5.2 轴功率P39-40
• 3.5.3 效率η40
• 3.5.4 轴向力F40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 试验验证41-44
• 4.1 试验的目的与内容41
• 4.2 试验装置41-42
• 4.2.1 试验台装置41-42
• 4.2.2 轴向力的测定方法42
• 4.3 测量数据的处理42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 研究结果的分析44-58
• 5.1 研究方案44
• 5.2 原设计模拟与试验的对比44-45
• 5.3 各计算模型的模拟结果45-55
• 5.3.1 静压分布45-50
• 5.3.2 流线分布50-54
• 5.3.3 扬程效率与后密封环直径的关系54
• 5.3.4 轴向力与扬程的关系54-55
• 5.3.5 轴向力理论计算与模拟值的对比55
• 5.4 比面积轴向力系数无因次关系55-57
• 5.4.1 比面积56
• 5.4.2 轴向力系数56
• 5.4.3 轴向力系数与比面积无因次关系曲线56-57
• 5.5 本章小结57-58
• 总结与展望58-60
• 总结58
• 展望58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：312127