泥浆泵叶轮优化设计

栏目:带压开孔工程 发布时间:2022-05-23 作者: 先锋管道 来源: 原创 浏览量: 65
泥浆泵(Mud Pump)是一个较为通俗和宽泛的概念,很多行业不同用途的排水泵及抽取含有泥土与水混合物液体的设备都称之为泥浆泵。本文所讲泥浆泵是指抽取自来水、石油等行业管道工程作业坑、防汛抢修作业、泥浆转运或河道清淤工程中含有黏土

泥浆泵(Mud Pump)是一个较为通俗和宽泛的概念,很多行业不同用途的排水泵及抽取含有泥土与水混合物液体的设备都称之为泥浆泵。本文所讲泥浆泵是指抽取自来水、石油等行业管道工程作业坑、防汛抢修作业、泥浆转运或河道清淤工程中含有黏土和水(或油)以及含有直径小于50mm沙石块等水基或油基泥浆的设备。




泥浆对我们的生产生活有着利弊双重二相性。如在暴雨过后的城市排涝及管道工程中,泥浆的存在就使得作业迟缓;而在钻井领域和建筑领域,泥浆是不可替代的加固、硬化及洗井的功能,泥浆的组成以及其各组分间相互物理化学作用的宏观反应是泥浆的性能,它是反映泥浆质量的具体参数。泥浆性能及其变化,直接影响着机械钻速、钻头寿命、孔壁稳定、孔内净化和预防孔内问题等一系列钻井工艺问题。

泥浆的主要性能有泥浆的比重和固相含量、泥浆的流变特性(粘度和切力)、泥浆的滤失性能(泥浆的失水量和泥饼厚度)、以及泥浆的含砂量、润滑性、胶体率和PH值等。在本文中则不详细展开说明,本文只涉及泥浆泵所能抽取的比重较小的泥水及伴有石块的混合物排出或转运设备-泥浆泵。

泥浆是黏土和水共同组成的悬浮液和胶体溶液的混合物。其中黏土是分散相,水是分散介质,它们组成了固-液分散体系。不同黏土在水中分散时,其分散程度是不相同的。

水是泥浆中的主要组成部分,也可单独做冲洗液或配制乳化液。泥浆比重过大,会造成泥浆泵吸排效率低下,甚至堵塞设备出口致使无法正常运转。

1.泥浆根据其组成成分的不同又可分为:

1.1淡水泥浆

含盐量<1%;含钙<120ppm。这类泥浆的分散相分散度较高,所以淡水泥浆又叫细分散泥浆,是泥浆泵作业的主要泥浆种类。

1.2盐水泥浆

含盐量<1%,按含盐量的高低又可分为:

a.海水泥浆:含NaCl 3.54×104mg/L

b.中盐泥浆:含NaCl 45×104mg/L

c.高盐泥浆:含NaCl 810×104mg/L

d.饱和盐水泥浆:含NaCl 3035×104mg/L

1.3钙处理泥浆:含Ca >120mg/L

盐水泥浆和钙处理泥浆其分散相的分散度均较淡水泥浆低,一般称为粗分散泥浆,这类泥浆运用于水敏性溶胀和剥落地层。

1.4非分散低固相泥浆

凡粘土含量(重量比)小于10%(体积比,含固相小于4%)的泥浆称为低固相泥浆

1.5混油乳化泥浆



2.泥浆泵在进行泥浆吸排作业中,针对泥浆的不同种类进行过不同的叶轮设计;对泵的主体也分别进行过多级泵及单级泵论证和设计工作;对于提高泵的性能起决定影响因素的其它因素,如泥浆泵蜗壳、密封、耐热度等方面进行过多方面的论证和实验。对于改善泥浆泵叶轮对泥浆的吸入性能,作了许多方面的调整,如:

2.1叶轮片向泵入品边适当倾斜和延伸设计,可省却诱导轮并增强吸力,减小机械磨、部件因磨损失灵。

2.2进一步优化叶轮片前缘轮廓的优化设计,如采用抛物线及冯卡门运动曲线结合线,减小砂粒对叶轮磨擦几率,加大泥浆泵对泥浆的吸力,减小吸入侧叶片厚度等方案。在泥浆泵的设计中做到尽量精减机械零部件,加大整体融合性能等,可有效地限制叶片前缘的压力值所造成的泥浆泵动力损失和在泥浆泵运转时全负荷状态下对叶轮的敏感程度,降低泥浆泵运动震动。设备震动也会造成整体性能和功率损失的原因之一。

2.3使用计算机三维辅助软件及计算机分析技术对叶轮在特殊环境下(如高温、高盐、高比重等)的设计工作,涉及叶轮受力扭曲、磨损区描绘等,从而更好控制和了解叶轮在运转过程中形成的流道中流量及压力分布以及突然升速及降速状态下引起的汽蚀现象等。

泥浆泵在运行过程中,叶轮等转子部件会受到很大的力,这种力的轴向分量即为轴向力。泥浆泵叶轮在垂直于前后盖板轴线的平面上的投影面积一般不同,前后盖板之间的流体压力差是造成整个转子部件轴向力不平衡的主要原因之一。

而轴向力对泥浆泵的运行稳定性影响很大,不平衡的轴向力可能导致转子轴向窜动、密封室及止推轴承承受过量的压力和载荷。

这些情况的详细分析将在以后的文章中再加以分析,并对这些状况采取有效的改进。关注天津先锋管道带压开孔百家号,获得更多管道工程原理与技术知识。



参考文献:

1.焦清朝, 刘永勤, 张爱民,. 国内外小型泥浆泵的现状与发展趋势[J]. 通用机械, 2004.

2.沙润荣. 浅析泥浆泵实际排量与容积效率计算方法[J]. 石油钻采工艺, 1991, 13(3):7.

3. 张建明, 康晓娟, 李波,. 轻便型泥浆泵的运动学分析及其结构改进[J]. 煤矿机械, 2008, 29(5):3.

4.《先锋管道液压泥浆泵生产流程》TJXF-YNB手册 2019