旋风分离器内置导流叶片结构参数优化研究

作     者：曾云 陈宓 魏轲 李美求 李银银 李伟伟 董吉宁 Zeng Yun;Chen Mi;Wei Ke;Li Meiqiu;Li Yinyin;Li Weiwei;Dong Jining

作者机构：长江大学机械工程学院 山东省天然气管道有限责任公司 山东省微远科技有限公司 

出 版 物：《石油机械》 (China Petroleum Machinery)

年 卷 期：2024年第52卷第8期

页      面：92-100页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划项目“3000 m级深海油气钻探关键技术与装备研究”之“超深水特殊钻井配套工具装备应用及海试”(2022YFC2806505) 

主　　题：旋风分离器 Fluent 结构优化 响应面法 BBD试验设计 分离效率 

摘      要：为研究旋风分离器内置导流叶片各个结构参数之间的相互作用,基于CFD数值模拟方法和BBD试验设计,采用二阶多项式基函数建立了Stairmand旋风分离器的叶片轴向位置、叶片长度及叶片偏转角度与分离效率及压降间的数学模型。拟合结果表明:响应目标的决定系数均在0.99以上,表明相关性和回归模型效果较好。使用Design Expert软件处理数据后选择了最佳推荐点,对分离器结构进行了优化。优化后的模型与原结构对比结果如下:优化模型的压降略有上升;颗粒直径在1~20μm范围内时,优化前后分离器的分离效率变化明显,尤其在1~15μm范围内时,优化前分离效率为6.8%~31.0%,优化后则达到了17.0%~54.0%,提升约20个百分点;而当粒径在15~40μm区间时,优化前后的分离效率变化不明显,尤其是在粒径20~40μm时,优化前的分离效率为71.0%~98.0%,而优化后的分离效率只有77%~99%,提升约10个百分点;优化后的模型性能符合“高效低阻的设计目标。所得结论可为旋风分离器内置叶片的改进提供设计指导。