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流量脉动下油水分离器优化设计及流场特性研究

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流量脉动下油水分离器优化设计及流场特性研究

作者：吕超东北石油大学

学位级别：硕士

由于游梁式抽油机的运行机理,且井下旋流器的出口与井下泵的入口相连,使得旋流器入口流量会以某种频率按脉动形式波动,这种不稳定因素会影响油水两相的分离效果,从而导致环境污染、资源浪费等问题。为解决游梁式抽油机间歇供液所造成的... 详细信息

由于游梁式抽油机的运行机理,且井下旋流器的出口与井下泵的入口相连,使得旋流器入口流量会以某种频率按脉动形式波动,这种不稳定因素会影响油水两相的分离效果,从而导致环境污染、资源浪费等问题。为解决游梁式抽油机间歇供液所造成的井下油水旋流分离器分离效率低下的问题,本文设计了一种适用于流量脉动条件下的稳流式油水旋流分离器,并应用计算流体动力学方法与样机实验相结合的方式开展脉动进液条件下的流场特性及分离性能研究,为油水旋流分离器分离性能的预测提供一定的方法,对提升井下油水分离效率具有重要意义。通过对常规旋流器在脉动流量与恒定流量两种条件下的流场特性进行数值模拟分析。研究发现,由于脉动流对旋流器内部流场的影响,使得其分离效率剧烈变化,阻碍了油水两相的分离。为提高常规旋流器在流量脉动条件下的分离性能,设计了新型油水旋流分离器,在旋流腔中可对油水两相进行多次分离。同时在其内部增设稳涡器,使其能够适用于流量脉动条件,形成一种稳流式油水旋流分离器,可提升流场对中心油核的汇聚性与举升能力,其分离效率高于常规旋流器23.6%。在旋流器入口流量为恒定和脉动两种条件下,稳涡器的添加均能对油水旋流器的分离性能起到促进作用。根据模拟结果,进行脉动进液条件下流场特性的研究,推导出分离效率与流量、旋流强度之间的关系式。应用响应曲面法对稳流式油水旋流分离器中的稳涡器结构参数进行优化,选取Box-Behnken试验设计方法。得到了锥段大端直径D、锥段小端直径D、锥段高度L、柱段高度L的线性回归方程,采用方差分析法进行显著性检验,得到了最优的结构尺寸参数。对结构优化后的稳流式油水旋流器进行操作参数优选,经模拟分析,得出最优工况为:油相体积含量为3%,溢流分流比为25%,入口脉动进液频率为0.5Hz,入口脉动进液幅值为0.5m/s。为了检验稳流式油水旋流分离器的分离性能,加工优化后的旋流器样机,并在室内进行样机实验,对其分离性能进行分析。采用计算流体动力学方法与样机实验相结合的方式,在变操作参数条件下,将稳流式油水旋流器的分离效率的模拟值与实验值进行对比分析,验证了旋流器结构优化设计的合理性及数值模拟结果的准确性。

关键词：油水分离流量脉动响应面法结构优化分离效率

固-液-温耦合作用下油液特性对大排量柱塞泵流量脉动的影响

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华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第9期51卷 44-55页

作者：夏毅敏李正辉谭顺辉刘伟夏士奇中南大学机电工程学院湖南长沙410083 中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016 中国铁建重工集团股份有限公司湖南长沙410100

挖掘机、盾构机等大型工程机械工作过程中,由于工况复杂、环境多变,其液压系统动力元件大排量柱塞泵相较于常规柱塞泵存在更大的液压冲击,进而引起较大的流量脉动与压力脉动。为降低大排量柱塞泵在挖掘、盾构等工况下的流量、压力脉动,... 详细信息

挖掘机、盾构机等大型工程机械工作过程中,由于工况复杂、环境多变,其液压系统动力元件大排量柱塞泵相较于常规柱塞泵存在更大的液压冲击,进而引起较大的流量脉动与压力脉动。为降低大排量柱塞泵在挖掘、盾构等工况下的流量、压力脉动,减小油液介质对下游元件的冲击损坏,以及为选择油液介质方法提供理论指导,文中搭建了基于温度场影响的油液动力黏度、密度与体积弹性模量数学模型,在此基础上建立固-液-温耦合作用的柱塞泵数学模型;并使用ADAMS、AMESim软件完成固-液-温耦合作用下750 mL/r柱塞泵联合仿真,得到不同温度影响下柱塞泵流量脉动与压力脉动变化规律;通过整泵试验探究油液温度对柱塞泵压力脉动的影响规律,验证了750 mL/r柱塞泵固-液-温耦合联合仿真模型的正确性。针对油液的3种特性,分别使用正交试验法与单因素分析法考量其对柱塞泵流量脉动率的影响程度和规律。结果表明:柱塞泵出口流量脉动、压力脉动随温度的升高而增大;在设定工况下,油液体积弹性模量对流量脉动率影响占比为97.19%,密度占比为2.03%,动力黏度占比为0.78%;为降低油液特性对柱塞泵出口脉动率的影响,应选择体积弹性模量较大且密度较小的液压油。

关键词：轴向柱塞泵油液特性流量脉动动力学温度场

直线共轭内啮合齿轮泵输出流量脉动的测试研究

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中国机械工程 2021年第15期32卷 1801-1811页

作者：陈宗斌何琳廖健海军工程大学振动与噪声研究所武汉430033 船舶振动噪声国家重点实验室武汉430033

为准确掌握直线共轭内啮合齿轮泵的输出流量脉动特性,推导分析了“二次源”流量脉动测试方法,分析了各阶段可能引入的误差参数,评价了各参数对测试结果准确度的影响;详细推导了阻抗拟合和流量脉动的计算方法,并编译了可视化数据处理软件... 详细信息

为准确掌握直线共轭内啮合齿轮泵的输出流量脉动特性,推导分析了“二次源”流量脉动测试方法,分析了各阶段可能引入的误差参数,评价了各参数对测试结果准确度的影响;详细推导了阻抗拟合和流量脉动的计算方法,并编译了可视化数据处理软件;最后搭建测试平台,实测直线共轭内啮合齿轮泵的输出流量脉动曲线,与理论曲线进行了对比。测试结果表明:采取的流量脉动数据处理方法准确可行;该直线共轭内啮合齿轮泵输出流量脉动以一阶线谱为主,且随转速的增大先减小后增大。

关键词：内啮合齿轮泵流量脉动二次源法阻抗拟合加权系数法

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对置式机动往复泵流量脉动及影响因素

液压与气动 2022年第8期46卷 123-131页

作者：宫志康魏修亭朱昶昊荆学敏王永琪刘川山东理工大学机械工程学院山东淄博255049 山东金鹏石化设备有限公司山东淄博255208

为降低对置式机动往复泵流量脉动率,根据对置式机动往复泵的结构特点和工作原理,建立瞬时流量数学模型和仿真模型,探究不同结构参数对流量脉动的影响。研究表明:该类泵流量脉动周期受柱塞对数m影响,柱塞对数m为奇数时流量脉动较低,m越... 详细信息

为降低对置式机动往复泵流量脉动率,根据对置式机动往复泵的结构特点和工作原理,建立瞬时流量数学模型和仿真模型,探究不同结构参数对流量脉动的影响。研究表明:该类泵流量脉动周期受柱塞对数m影响,柱塞对数m为奇数时流量脉动较低,m越大脉动越小;曲柄错角在180°和360°均布时,流量脉动最小;连杆比对流量脉动没有影响。该研究为该类泵的优化设计提供了理论基础。

关键词：对置式机动往复泵流量脉动柱塞对数连杆比曲柄错角

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双圆弧斜齿轮泵高速高压化流量脉动研究

机械设计 2023年第5期40卷 21-26页

作者：董庆伟刘理想李阁强周群起河南科技大学农业装备工程学院河南洛阳471003 河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南科技大学机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471003

为提高双圆弧斜齿轮泵在高速高压工况下的流量品质,减小流量脉动对振动、噪声等问题的影响,文中通过理论推导流量脉动系数公式,得到齿轮各参数与流量脉动之间的关系,进而对齿形参数进行优化设计,使得流量脉动系数理论为零。采用流体动力... 详细信息

为提高双圆弧斜齿轮泵在高速高压工况下的流量品质,减小流量脉动对振动、噪声等问题的影响,文中通过理论推导流量脉动系数公式,得到齿轮各参数与流量脉动之间的关系,进而对齿形参数进行优化设计,使得流量脉动系数理论为零。采用流体动力学(CFD)仿真,对双圆弧斜齿轮泵内部流场进行数值模拟,与试验结果进行对比验证。结果表明:螺旋角为31.3°时,脉动系数为零,实现了新型双圆弧斜齿轮泵理论上无流量脉动;转速为5 000~12 000 r/min,出油口流量脉动基本为零,验证了理论设计的正确性及满足了齿轮泵高速化后的性能要求;负载压力为5~25 MPa,出油口流量脉动基本为零,满足了齿轮泵高压化后的性能要求;试验结果与仿真结果流量误差在3%左右,说明了仿真结果的正确性及双圆弧斜齿轮泵泄漏量少,容积效率高。

关键词：双圆弧齿轮泵高速高压流量脉动流场仿真试验验证

基于MATLAB/Simulink的压裂泵流量脉动抑制研究

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机床与液压 2023年第2期51卷 169-173页

作者：李永涛木合塔尔·克力木杨波新疆大学机械工程学院新疆乌鲁木齐830047

针对压裂泵流量脉动及压力脉动特性,提出蓄能器-增压缸组合式流体脉动抑制方法,并基于MATLAB/Simulink建立压裂泵及脉动抑制回路的数学模型,根据理论、仿真对比分析了该脉动抑制方法对流量脉动抑制效果。结果表明:蓄能器容积和预充气压... 详细信息

针对压裂泵流量脉动及压力脉动特性,提出蓄能器-增压缸组合式流体脉动抑制方法,并基于MATLAB/Simulink建立压裂泵及脉动抑制回路的数学模型,根据理论、仿真对比分析了该脉动抑制方法对流量脉动抑制效果。结果表明:蓄能器容积和预充气压力可显著影响流量脉动;当预充气压力为4 MPa、容积为6 L时,流量和压力脉动率分别从39.99%和76.93%降至2.47%和4.89%。

关键词：压裂泵流量脉动蓄能器-增压缸组合脉动抑制

变位系数对渐开线内啮合齿轮泵困油容积和流量脉动特性的影响

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机床与液压 2023年第6期51卷 149-157页

作者：张煜张艳涛陈宗斌廖健海军工程大学振动与噪声研究所湖北武汉430033 海军工程大学船舶振动噪声国家重点实验室湖北武汉430033

合理地选取齿轮的变位系数,是降低困油容积和流量脉动的有效措施。为具体分析变位系数对内啮合齿轮泵困油容积和流量脉动系数的影响,根据啮合定理建立渐开线内啮合齿轮泵的数值模型,采用扫过面积法求解内啮合齿轮泵的困油容积和瞬时流量... 详细信息

合理地选取齿轮的变位系数,是降低困油容积和流量脉动的有效措施。为具体分析变位系数对内啮合齿轮泵困油容积和流量脉动系数的影响,根据啮合定理建立渐开线内啮合齿轮泵的数值模型,采用扫过面积法求解内啮合齿轮泵的困油容积和瞬时流量,并分析困油容积和流量脉动随变位系数变化所受到的影响。结果表明:在其他参数保持不变的情况下,总变位系数不变时,随着小齿轮变位系数的增大,困油容积先减小后增大,瞬时流量逐渐增大,流量脉动率减小。

关键词：变位系数渐开线内啮合齿轮泵困油容积流量脉动

基于流量预测的波纹管泵流量脉动抑制控制方法

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机电工程 2024年

作者：顾晓伟周明昊申慧敏上海理工大学机械工程学院

随着晶圆内部线宽减小，在晶圆制造的湿法清洗工艺中对超纯水杂质颗粒的数量和直径提出了更严格的要求，以提高晶圆生产的产量，因此，对作为流控部件的波纹管泵(BsP)有更高的要求。针对波纹管泵运行过程中流量脉动导致的超洁净水颗粒... 详细信息

随着晶圆内部线宽减小，在晶圆制造的湿法清洗工艺中对超纯水杂质颗粒的数量和直径提出了更严格的要求，以提高晶圆生产的产量，因此，对作为流控部件的波纹管泵(BsP)有更高的要求。针对波纹管泵运行过程中流量脉动导致的超洁净水颗粒杂质增加和晶圆良品率下降的问题，提出了一种基于神经网络流量预测模型的流量脉动抑制控制方法。首先，阐述了波纹管泵的工作原理和流量脉动产生的原因；然后，介绍了波纹管泵流固耦合模型的搭建方法，使用神经网络流量预测模型建立了流量脉动前馈控制的理论方法；最后，使用COMSOL仿真进行了流量预测模型验证研究，基于Simulink仿真平台开展了前馈控制应用于流量脉动抑制的验证研究。研究结果表明：在流量为 [3.39， 5.01] L/min 时，预测的绝对流量误差范围为 [8.0×10-1， 1.6×10-1] L/min。当流量为 5.0 L/min时，最大流量脉动可从 1.6 L/min降至 4.0×10-1L/min。在仿真验证中，该方法对波纹管泵脉动抑制有显著的效果，还可以有效提高波纹管的性能。

关键词：波纹管泵(BsP) 流量脉动流固耦合仿真神经网络流量预测模型 COMSOL Simulink 前馈控制

螺旋输送机卸料口流量脉动产生原因及降低方法研究

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同方期刊数据库

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机床与液压 2024年第8期52卷 134-139页

作者：孙征宇孟文俊张露嵘孙晓霞赵晓霞太原科技大学机械工程学院山西太原030024 智能物流装备山西省重点实验室山西太原030024 上海应用技术大学理学院上海201418

为探明螺旋输送机卸料口流量脉动产生的原因,基于离散单元法(DEM)模拟球形颗粒在螺旋输送机中的流动过程,对螺旋周期结构和颗粒周期流动进行分析,得出了流量脉动产生的原因并提出了降低流量脉动的方法。结果表明:料槽中颗粒的周期性不... 详细信息

为探明螺旋输送机卸料口流量脉动产生的原因,基于离散单元法(DEM)模拟球形颗粒在螺旋输送机中的流动过程,对螺旋周期结构和颗粒周期流动进行分析,得出了流量脉动产生的原因并提出了降低流量脉动的方法。结果表明:料槽中颗粒的周期性不均匀分布和螺旋面对颗粒的周期性阻挡造成了流量脉动;不同结构形式的螺旋输送机卸料口流量脉动对比为:无轴螺旋输送小于有轴螺旋输送,双轴螺旋输送小于单轴螺旋输送,斜卸料口结构小于正常卸料口结构;所提斜卸料口双轴螺旋输送的脉动值(1.14)与普通螺旋输送(2.25)相比降低了49.33%,基本实现了螺旋输送机卸料口颗粒的稳定流出。

关键词：螺旋输送机颗粒流流量脉动离散单元法(DEM)