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孔板流量计

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煤矿井下孔板流量计提液能力分析与研究

作者: 来源: 发布时间:2019-07-18 14:58:15
摘要:针对孔板流量计的结构组成和结构特点,比对孔板流量计与中心孔板流量计的不同和优势,随着流量比的增大,压力比逐渐变小,效率逐渐变大,流量比在0.4~0.6之间时效率为zui大值。
 
煤矿井下积液抽取是一个复杂的过程,通常伴随液体的产生会有不同程度的渗透,如果井底水分不大且液液速度大,水分会随液流涌出地面而出现液滴。随着液液速度的降低,井底水分上升到井面的能力逐渐减弱,其方向与液体流动方向相反,形成一种稳态。随着积液的逐渐增加,下部压力出现猛增,便会受到极大的压力,俗称“静水回压”。
孔板流量计不同于传统的中心式孔板流量计,工作流体环绕在吸入管道周围,形成高速的环形射流,而被吸入流体则沿泵的中心轴线运动,没有与任何壁面接触,即没有任何的壁面阻力。在开采过程中,孔板流量计运行过程中,被吸入的液流中带有气体,在中心孔板流量计中,携液的吸入液流与壁面接触,气体会粘到泵的内壁面;而在孔板流量计中,液滴不与壁面接触,大大提高了液流的携液能力。可见,孔板流量计比传统的中心孔板流量计效率更高,携液能力更具优势。
 
1孔板流量计结构组成和结构特点
孔板流量计的吸入通道位于泵的中心位置,喷嘴包裹在吸入通道周围形成环形喷嘴。不同于传统的中心孔板流量计,孔板流量计吸入通道顺畅,被吸入流体不需要改变流动方向,更适合用于输送液液两相流混合流体。
孔板流量计是一种多股流体通过接触混合来传递能量的流体机械。图1是环形喷射泵的工作原理示意图,可以看出,孔板流量计主要由喷嘴、被吸管道、吸入室(混合室)、喉管、扩散管及出口管道组成。工作时,地面加压设备产出液经环形喷嘴形成高速射流,使其成为一股压能较低、速度较大的液流,因此会在孔板流量计的混合室(喷嘴与喉管之间位置)形成一个低压区,则混合室与吸入通道入口之间出现一个负压差区,吸入流体受压力作用被加速吸入混合室并与高速的工作液流接触,两股流体经由混合室进入喉管后相互接触混合在一起,相互混合过程中也进行着能量的传递,形成具有一定压能的同速液液混合流体,一起经扩散管离开孔板流量计。
 
1.1环形喷嘴
孔板流量计的喷嘴是工作流体(高速流体)的喷射出口,其特点在于喷嘴呈环状将被吸管道包裹在中间。喷嘴结构对孔板流量计的性能具有很大影响,孔板流量计多采用平行式环形喷嘴和斜入式环形喷嘴。经平行式环形喷嘴流出时,高速的工作流体贴于混合室壁面流动,在混合室与吸入流体混合过程平稳,从混合室到喉管的过程中流动方向改变小,故平行式环形喷嘴比斜入式环形喷嘴更有优势。
1.2喉管
喉管位于混合室之后,在混合室初次接触混合的两股流体从混合室进入喉管,喉管是两股流体发生接触混合的主要位置,因此孔板流量计的工作性能和效率受喉管长度的影响。喉管越长,在喉管中混合流的接触混合程度就越好,但是喉管过长时,在喉管内因壁面摩擦而损失的能量就越多,孔板流量计效率反而会降低。以效率zui高原则为基础,确定孔板流量计喉管长度Lt为2.17~2.89倍的喉管直径。
环室孔板流量计
2孔板流量计提液能力机理
孔板流量计的工作液体是地面加压设备射出的高速射流,从环形喷嘴射出进入混合室,混合室中的液体跟随工作液体进入喉管,在混合室中形成负压区,被吸流体则被卷吸进入混合室与工作液体接触混合。被吸两相流即液田中的液体(多为烃类凝析液或地层水)的混合两相流经由被吸入口进入孔板流量计,由于液田本身的压力,液液两相流具有一定的速度,在混合室与被吸入口处的负压区被加速卷吸进入混合室。在混合室相遇的两股流体混合在一起,它们的能量传递主要通过剪切摩擦和湍流间的扩展作用,使其成为一股同速的混合流。混合流经扩散管的扩展作用,动能降低压能升高,zui后以一定的流速由出口管道输送出去。
工作高速液体与被吸液液两相流的混合程度受两者的流量比、喉管长度、吸入室收缩角和扩散管扩散角的影响。其中,工作高速液体与被吸液液两相流体的流量比和喉管长度是影响两股流体混合程度的重要因素。
 
3孔板流量计zui优流量比的数值计算
流量比即吸入液体流量与工作液体流量的比值,工作流体与被吸流体通过混合作用进行传能,两种流体的混合情况和流量比密切相关,因此流量比直接影响孔板流量计的效率。计算时,先固定孔板流量计的其他尺寸在给定的经验值下保持不变,根据经验流量比的取值范围是0.1~0.9。除流量比外,模型其他结构尺寸固定不变,试验采用的孔板流量计尺寸如表1所示。
当流量比取zui小值0.1时,压力比为zui大值,但是效率明显偏低,这是因为流量比很小时,工作流体的流速就会非常大,这时工作流体贴壁能量损失较大,工作流体速度快和吸入流体混合程度低,导致效率较低。随着流量比的增大,压力比逐渐变小,效率逐渐变大,流量比在0.4~0.6之间时效为zui大值,当q=0.5时,效率达到27.2%,而这个值并非zui大值,效率zui大值应当出现在0.4~0.6之间范围。当流量比>0.6时,压力比和效率又有所下降,但降幅不大。由此可见,流量比的高效范围可以定为0.4~0.6。
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