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石??油??机??械
CHINAPETROLEUMMACHINERY
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2011年??第39卷??第1期
??设计计算??
基于Simulink的抽油泵泵阀运动规律仿真
吴建军??綦耀光??刘新福??王??霞??李延祥
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(1??中国石油大学(华东)机电工程学院??2??中石油煤层气有限公司)
????摘要??煤层气排采作业中,低沉没度对有杆抽油泵泵阀的正常打开提出了更高的要求。通过对泵阀的开启压差进行精确计算,借鉴往复泵泵阀的理论研究成果,建立了泵阀运动数学模型与
仿真模型。通过Simulink对抽油泵泵阀进行仿真,得到泵筒内的液体压力变化规律曲线、泵阀打开高度曲线及泵阀运动速度曲线。分析仿真结果认为,阀球的打开与开启压差有着重要关系,并不完全由沉没压力决定;阀球的打开与有杆抽油系统的冲程、冲次及泵的结构有关,随着有杆泵抽油系统冲程或冲次的增大,泵阀的升程高度相应增大,反之减小。????关键词??煤层气??抽油泵??泵阀??Simulink??运动规律??仿真????目前,煤层气排采的主要设备是有杆泵,而煤层气的排采工艺与石油开采工艺是不完全相同的。煤层气是在低沉没度下开采,沉没度一般几十米,而油井的沉没度一般都为几百米。低沉没度对有杆抽油泵泵阀的正常打开提出了更高的要求。国内外在抽油泵泵阀运动规律研究方面还不全面,相应的研究结果较少。笔者通过对泵阀的开启压差进行精确计算,借鉴往复泵泵阀的理论研究成果,即往复泵的阀隙过流面积和阀的工作表面的计算方法
[1-2]
作用力为:
??2
p=dp+
41下
r-
1??2
dp上42
式中??p下??????研合密封弦以下阀球所受的液体压力,MPa;
??p上??????研合密封弦以上阀球所受的液体压力,MPa;
??d1??????阀球下端承压面直径,mm;??d2??????阀球上端承压面直径,mm。若不考虑阀球的惯性力,阀球的开启压差为:??p=p下-p上=12G/??(d1+d1d2+d2)
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,建立了泵阀运动数学模型与仿真模型。通
过Simulink对抽油泵泵阀进行仿真,得到抽油泵泵
筒内的液体压力变化规律曲线、泵阀的打开高度曲线及泵阀的运动速度曲线,为研究低沉没度下煤层气有杆泵排采设备的选型和改进提供了依据。
1??抽油泵泵阀的开启压差计算
抽油泵泵阀的开启和关闭对泵正常工作有着重要的影响,建立合理的泵阀压差计算公式对泵阀仿真模型的建立至关重要。泵阀根据阀座口(密封部分)结构形式可分为3类:带护锥式、不完全研合式和圆倒角式。目前主要以不完全研合式阀口结构为主。
[3]
对于不完全研合式阀口,阀球所受的液体
*基金项目:国家科技重大专项??大型油气田及煤层气开发??
(2)
式中??G??????阀球自重,N。
2??泵阀运动数学模型的建立
对球阀运动的仿真做以下假设:??不考虑流体在泵筒内的摩阻损失;??假设泵内液体在各点处的压力与密度相等;??不考虑阀的滞后性。
(2009ZX05038-004);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目
(09CX04014A);山东省重点攻关项目(2009GG10007008)的部分研究内容。
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