泥浆泵是凭借于活塞(柱塞)在液缸作业腔中的往复运动(或经过隔阂、波纹管等挠性元件在作业腔内的周期性弹性变形)来使作业腔容积发生周期性改变的。在布局上泥浆泵是凭借密封设备与外界隔绝,经过泵阀(吸入阀或排出阀)与管路交流或闭合。泥浆泵这一完成作业腔容积改变的特色,决议了泥浆泵有以下特色:
1.瞬时流量是脉动的; 2.均匀流量是安稳的; 3.泵的压力取决于管路特性;
4.对运送介质(液体)有较强的适应性; 5.有杰出的自吸才干。
在泥浆泵中,液体介质的吸入和排出进程(即容积改变进程)是替换进行的,并且活塞(柱塞)在位移进程中,其速度又在不断的改变之中,泵的单个作业腔中的瞬时流量不只随时刻改变并且是不接连的。在多缸泵中,假如作业腔的作业相位组织恰当,可减小排出管路中瞬时流量的脉动幅值,但不能使瞬时流量肯定安稳,所以说流量脉动是曲柄连杆式泥浆泵的固有特征,也是一大缺陷。其流量的周期性脉动使排出压力随之动摇,进而导致振荡和噪声,对泵缸内的零件、泵阀的运动、活塞杆及动力体系和整个排出体系造成不利影响。特别是在高压情况下,金属受到交变载荷容易发生疲惫损坏,使元件、外表、设备受损。文献[1][2]标明流量脉动是泥浆泵出现事端的主要原因之一,钻井事端中的40%摆布来源于泥浆泵。从文献[3][4]可知下降压力脉动能够显着的进步泵的功能,故消除或减弱体系中发生的压力脉动,使泵作业平稳是泥浆泵运用和规划中提出的重要课题。
泥浆泵上常用的用于衰减排出体系动摇的设备——空气包,空气包是泥浆泵液力体系的重要组成有些。它运用空气包内空气的压缩性和胀大性来储存(或放出)比均匀流量多的(或少的)那有些液体,然后到达减小管路内流量脉动的意图。研究标明当空气包与泵及管路体系具有最好匹配时,能够最大极限地衰减管路内液体的流量脉动,一起也最大极限地衰减由流量脉动导致的压力脉动,进步泵的作业功能及寿命。空气包的减振效率与空气包的容积、预充气压力、进口颈管尺度、泵的布局参数等因素有关。只要恰当地规划空气包并恰当地装置它,才干取得预期的减振作用。文献[5-7]中作者对空气包的作业机理方面作了论述,文献[8-10]对空气包的动力特性做了开始的讨论,文献[11][12]对空气包的体积规划办法作了对比体系的描绘,文献[13]对泥浆泵泵缸内液体的压力做了剖析。
这篇文章将从泵管路体系流体动态特性下手,依据泥浆泵活塞的运动规律,推导出曲柄连杆比影响下三缸泥浆泵的瞬时流量表达式,然后树立空气包动力学模型,依据模型推导出空气包后排出管路流量的表达式和空气包体积与径管尺度间的关系。为知道泵缸内压力改变规律,运用伯努利方程树立了泵缸内液体压力的表达式。最终为了对理论研究进行验证,用Matlab软件进行了相应的仿真核算。本课题为空气包的规划、制造、运用供给一个可行的理论参阅,为更深化的研究打下了坚实的根底。