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与喉管进口断面重合,即喉喷嘴距等于零。在此基础上,导出了射流泵的基本特性方程。
这种方法考虑的因素比较全面,它为近代射流泵的研究打下了基础。但该研究与实际情况不符,因而其普遍性受到了限制。此外,这种方法的表达式较为复杂,有些因素如压水管及吸水管阻力系数?T、?b计入了射流泵基本性能方程中,使得基本性能方程有一定的局限性。
R.Geunningham[17]在J.E.005Gosline和M.O’Brien[2]的研究成果基础上,于1953-1954年在美国宾夕亚大学对射流泵进行了·系列试验研究,试验用射流泵的面积比R=0.1-0.6,他导出了基本性能方程,1975年又根据射流泵存在一定的喉喷距的实际情况,提出了压力损失系数?的概念。当喉嘴距为零时,??0;不为零,??1。
RGcunningham还考虑了喉管入口结构对射流泵性能的影响,提出对射流损失系数进行修正,这种观点是正确的。但他只是根据经验提出一个系数,而没有阐明它的物理概念,也没有提出其具体表达式。
1950年,K.E.srown和H.L.Petre出版了《人工举升工艺》[18]一书,在射流泵应用一章,他们在J.E.Gosline和M.O’Brien研究成果的基础上,利用能量守恒原理并采用Lorenz的混合损失模型,推导并给出了计算压头比的射流泵基本性能方程。该方法与J.E.Gosline和M.O’Brien方法一样,采用了压头比H,而计算压头比时需要确定很多参数,给计算带来了困难。
H.L.Petrle,P.M.WIIson和E.E.Smart[3]于1983-1984年,连续发表了3文章,系统地阐述射流泵的工作原理,推导出了基本性能方程,以及系统选择设计方法。该方法与R.GCunningham给出的方法相类似,只是在该方法中没有考虑喉嘴距的影响。
以上各种方法虽然在一定程度上为工程应用提供了设计依据,但它们都局限于等密度体系。在实际应用中,动力液与吸入液的密度往往不相等,如用水动力液抽取原油,或用轻质油动力液抽取重油等,在这种情况下,用前面在等密度体系中得到的特性方程来计算和设计射流泵工作系统时,将会产生很大误差,甚至严重影响射流泵的正常工作和生产。因此,研究射流泵在非等密度体系条件下的特性方程,是十分必要的。
orupping,A.w.等人在H.L.Petrle,RM.wilson和E.E.smart等人研究成果的基础上,将特性方程扩展到非等密度体系中,给出了无量纲压力比的计算公式,但依然采用了无量纲质量流量比。该方法的缺陷在于没有区分射流泵的沉没压力与混合压力。由于采用了无量纲质量流量比,在计算效率时,将混淆效率的概念。
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为此,蔡启伦利用能量方程与动量定理对其进行了修正,给出了较为合理的特性方程。
1.2.3 射流泵的基本应用
我国在60年代为解决甘肃省河西走廊提取地下水问题,开始将射流泵和离心泵相结合研制射流式井泵,由于加装了射流泵使整个井泵的吸程为离心泵吸程和射流泵增能部分之和,这一设备可代替传统的潜水泵从深10m以上的井中抽水。现在射流泵加压及提高汽蚀性能这一方面的应用更加广泛。中原油田分公司刘春旺等采用文丘里管射流泵装置回收低压天然气,该装置可将来自油水储罐的汽化天然气压缩成中压气, 输送到不同用途的输气系统中;另外,这一装置还可用来回收乙二醇脱水器、加热处理器及低压分离器等的排出气体。2002年5月15日,该装置开始在美国得克萨斯ElEbanito[19-20]油气开采设备中使用,它每天回收的气量可创收336780美元。江苏大学孔繁余等针对大型碳酸盐泵机组和进出口管线发生异常噪声和振动现象,分析是由于泵汽蚀所致,提出在泵进口管线处增设射流装置,将泵自身出口的一部分高压液体引入到射流装置, 并与来自储罐的液体混合,增加液体压头后提供给泵进口,以提高泵的有效汽蚀余量,有效地解决了泵机组及进出口管线的异常噪声、振动问题,消除了化工系统的安全生产隐患。此外,射流泵喷嘴处的高速液流能形成低压,将其应用于自吸离心泵可有效地缩短自吸时间。江苏大学的刘建瑞等在以汽油机为动力的离心泵的基础上增设了一个带文吐里管的自循环射流器,利用泵压水室有压流体通过射流器喷嘴高速射向泵的进口处,对离心泵的进口管路造成较强的抽吸真空,实现普通离心泵的自吸启动,离心泵正常工作后,这时将自循环射流器上的阀关闭,自循环射流器停止工作。经试验,加装射流装置后的自吸离心泵的自吸时间短,性能曲线稳定、平坦,高效率区范围宽、工况佳;整台泵的自吸高度在5m时自吸时间是90s及95s,比国家标准快10s及5s,泵的效率提高3%以上。 1.2.4 射流泵研究存在的问题
虽然许多研究者做了大量的工作,但由于射流泵内部为一复杂的湍射流场,对射流泵性能和湍射流场特性的研究还有待于进步进行。纵观射流泵研究与应用的历史,存在以下几个方面的问题[21]:
(l) 基本理论研究不够完善。射流泵的基本理论主要体现在外特性方面,即射流泵的基本特性方程。目前还没有统一的特性方程,而射流泵的基本特性方程又是其它特性研究的出发点,因此,基本特性方程的不完善,导致了其它特性研究也不够完善。
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(2) 实验研究不够深入。如上所述,尽管己出现了各种先进的流动显示技术及测量手段,但由于射流泵泵体结构的特点,这些先进的实验技术手段尚未被广泛应用于射流泵湍射流场的研究与测试中,而实验结果又是验证理论与数值计算结果的最为可靠的依据,因此,实验技术的落后,限制了射流泵的理论研究。
(3) 数值模拟。众所周知,数值模拟方法以其省时省力被广泛应用于流场计算中,但是,对于象射流泵这样复杂的湍射流场,数值计算仍然相当费时。同时,由于实验技术手段的滞后(未被充分利用),又限制了数值计算的发展。 1.2.5 射流泵的前景展望
综合国内外各种研究分析表明,射流泵的发展趋势大体有以下几点[22]: (1) 继续扩大对射流泵使用范围的研究,将其与各种工作泵和其他设备组合使用,以满足不同的实际工作要求。
(2) 采用先进的测试设备,深入研究射流泵内部的实际流动状况,为理论分析提供试验依据。
(3) 进一步剖析射流泵各结构参数间的联系,提高射流泵的效率。 (4) 利用合理的设计方法,研制各种新机理、新结构的射流泵,提高其整体性能。
1.3 毕业设计的主要内容
(1) 查阅、收集有关射流泵的资料,理解射流泵原理与结构,了解国内外射流泵的研究与应用现状和发展趋势,搞清本次毕业设计所要设计的内容,在此基础上完成开题报告。
(2) 查阅有关射流泵的外文资料并选定一篇进行翻译。
(3) 分析常规采油射流泵的结构特点及其所存在的缺陷,提出固定型环形多喷嘴射流泵采油装置的的设计方案。
(4) 画出结构草图,并根据任务书所给数据进行计算和校核,确定射流泵的各零部件具体尺寸,如有需要,对初步方案和草图进行修改。
(5) 画出射流泵的装配图和各零部件的零件图。 (6) 完成毕业设计论文。
1.4 所采用的研究方法
本次设计主要采用的方法是文献研究法,通过查阅和收集有关射流泵原理结
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构和在油气举升应用方面的论文、专利、期刊和书籍,了解普通射流泵采油装置的原理、结构以及存在的问题,针对问题提出固定型环形多喷嘴射流泵采油装置的设计方案。
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