本站小編為你精心準備了油氣混輸教學實驗臺設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《實驗技術與管理雜志》2016年第二期

摘要：

建立了一整套適應于本科生教學實驗用的油氣混輸實驗臺。該教學實驗臺裝置分為動力部分、泵級部分、吸入部分、排出部分、數據采集部分、控制部分、連接部分以及循環部分等。每部分根據需求進行選型設計，并設計組裝油氣混輸實驗臺。通過對有關連接件的強度計算，保證了實驗臺的正常運行。

關鍵詞：

實驗教學；油氣混輸實驗臺；單螺桿泵；結構設計

石油工程流體機械是石油機械專業學生的重要核心課程，也是采油裝備的基礎性課程，具有實踐性強的特點［1］。通過采油單螺桿泵特性實驗能夠很好掌握螺桿泵的工作特性，培養其科學實驗能力和工程實踐能力。學生通過對螺桿泵的工作特性的實驗操作方法和步驟訓練，增強工程實踐能力，實現對理工科學生專業知識、實踐能力和綜合素質的培養要求［2－3］。針對上述目的，建立了一套合理的油氣混輸實驗裝置，制定合理的實驗臺方案，然后根據相關參數及數據設計油氣混輸實驗臺的各個部件，利用CAD輔助設計各部分組件，并組裝成實驗臺。實驗裝置在滿足工況強度要求情況下，能夠正常運行。

1實驗臺的結構設計

1．1總體設計油氣混輸泵在一般情況下輸送的是氣液多相混合物，它的適用范圍極強，可以輸送純液相介質，還可以處理不同氣液比的混合介質，增壓能力效果強，同時能保證高效率［4－6］。氣相和液相的流量應該便于調節。為了能使氣液混合介質在進入氣液混合泵前能夠充分、均勻混合，避免因堵塞對混合泵造成沖擊，應設計一套氣液混合裝置。混輸泵在不同轉速下的運行特性并不相同，電動機的轉速應該便于調節。為了后續的油氣混輸泵的特性研究，油氣混輸實驗臺上應對以下數據進行記錄：氣相流量、液相流量、泵入口壓力、泵出口壓力、泵軸轉速和泵軸扭矩等。本油氣混輸教學實驗臺（以下簡稱實驗臺）所采用的螺桿泵為FG20－2不銹鋼單螺桿泵，額定壓力為1．2Mpa，額定流量為0．8m3／h；電機功率為1．1kW；進出口液相的體積流量為0～10m3／h，進口處氣體的流量為0～12．5m3／h，螺桿泵入口壓力為－0．1～0MPa；泵出口壓力為0～5MPa；實驗用介質為空氣和純水。本實驗臺采用開式循環系統。實驗過程中介質由水箱流出，經過油氣混合裝置進入泵內，從泵出口再流回水箱。實驗臺結構設計簡單，方便操作，成本花費較少［7］。整個實驗臺分為動力部分、泵級部分、吸入排出部分、采集部分、控制部分、連接部分等。實驗臺結構示意圖見圖1。

1．2氣液混合裝置若混合介質未經均勻混合進入泵體，很容易造成單相介質的堵塞［8］，從而導致泵軸上載荷發生大幅度變化，泵的運行效果將受到影響，很容易發生故障。氣液混合裝置能很好地避免類似突變載荷等因素造成的影響［9］。氣液混合裝置的結構示意圖見圖2。圖中，L為混合管長度；D1為混合管內徑；D2為同心氣管外徑；D3為同心氣管內徑；h為孔距；n為鉆孔個數；d為鉆孔直徑。混合裝置的進氣部分由2個同心圓管組成，接收從空氣壓縮機輸送來的氣相介質，同心圓管在裝置內部開了很多氣孔，以保證和液相介質混合充分，如此設計將不容易發生堵塞。經進一步計算、實驗研究，得出在L一定條件下要是混合效果更好，孔的數目盡量多些。本例選擇孔徑d＝4mm，鉆孔間距h＝45mm，D2＝160mm。

1．3數據采集玻璃轉子流量計、智能電磁流量計、轉矩轉速傳感器、壓力表和壓力變送器組成該實驗臺的數據采集部分。玻璃轉子流量計用來測量氣相流量［10］，接在空氣壓縮機的出口玻璃轉子流量計的管線分成2個通道，便于接到氣液混合裝置。選用ZH07型轉矩轉速傳感器，傳感器安裝于三相異步電動機和單螺桿泵之間，從而記錄電機在不同轉速和轉矩下的數據，以便進行特性研究［11］。該傳感器的特點是：智能化，能同時測得正向和反向扭矩；該傳感器輸出的信號可以直接用電腦處理，無需再進行轉換，使用低速旋轉編碼器來測量，響應速度快，可衡量地起動轉矩，可以實現轉動過程中的扭矩測量；該傳感器有著很強的抗擊外界干擾能力，線性度可靠，并能夠得到實時的扭矩值，傳感器有著緊密可靠的結構。油氣兩相介質具有特殊性，即具有腐蝕性和很大黏性，因此不能選用一般的流量計測量流量。混輸泵的額定流量為0．8m3／h。選用LDBE型智能電磁流量計，該流量計具有測量結果準確、界面簡潔、使用方便等特點，并且具有RS232、RS485和Modbus通信信號輸出功能［12］。采用高智能化的微處理器，全數字化處理，反應迅速，測量結果準確可靠，不受外界的干擾，內部積算器可顯示累計量及陽性差異積算量，具有自理論和自檢功能。在螺桿泵特性測試的實驗中，需要不斷調節螺桿泵的流量，螺桿泵流量調節的實驗方案一般有兩種：改變電機轉速和改變閥門開啟度。本例中，通過安裝電動球閥的方式改變閥門開啟度的方式更經濟實用。在循環系統的設計上，整個實驗系統采用水箱作為液相源，并在水箱上部裝有標定箱。液相介質從水箱被吸入到油氣混合器與從空氣壓縮機排出的氣相介質混合，經泵排出，混合介質被輸送到標定箱。由于本實驗采用開式設計，氣相介質排到大氣中，液相介質的總量基本保持不變，損失很小，可以忽略不計，從而保證實驗循環有序地進行。

2實驗臺的連接計算

為了保證實驗臺設備的正常工作，必須對主要連接件進行設計、校核。

2．1傳遞螺栓的設計計算螺桿泵、聯軸器、扭矩轉速儀和電機之間為了實現可靠穩定傳動，需要使用螺栓聯接。已知條件有螺桿泵允許的最高轉速n＝960r／min、螺桿泵的額定功率P＝1．5kW、螺桿泵傳動軸直徑d＝20mm、各連接法蘭螺栓中心所在圓直徑D0＝85mm。

2．2彈性柱銷齒式聯軸器的校核柱銷材料常為尼龍。在聯軸器中，它是薄弱環節。工作時受剪切，其切應力。

2．3流體管子尺寸設計輸送流體采用無縫鋼管，鋼管的工作壓力等級由下式確定。

3結論

本文主要研究了油氣混輸實驗臺的合理設計方案，根據需求設計了各個相關部件，并組裝成實驗臺，利用CAD設計出油氣混輸實驗臺圖紙。對主要連接件進行了強度校核，包括螺栓組、介質輸送管道以及LZ型彈性柱銷齒式聯軸器，均滿足強度要求，從而保證實驗臺的正常工作。

參考文獻（References）

［1］萬邦烈，李繼志．石油工程流體機械［M］．2版．北京：石油工業出版社，1999．

［2］方紅峰．實驗教學在新課程中地位和作用的再認識［J］．中國教育技術裝備，2006（10）：3－7．

［3］羅正祥．提高實驗教學地位培養學生創新能力［J］．實驗室研究與探索，2006，25（6）：589－591，597．

［4］王翀，楊新春，王海平，等．單螺桿泵油氣多相混輸及流程分析［J］．通用機械，2005（6）：50－53．

［5］李軍峰．油氣混輸泵的研究與發展［J］．遼寧化工，2011，40（9）：939－942．

［6］凌國平．國內外油氣混輸泵技術的研究和發展［J］．華東船舶工業學院學報，2000，14（5）：83－87．

［7］趙學新．螺旋軸流式多相混輸泵輸送氣液兩相時特性試驗研究［D］．青島：中國石油大學（華東），2007．

［8］董賢勇．螺桿泵故障診斷及處理淺析［J］．石油礦場機械，2004，33（4）：53－56．

［9］趙宏，薛敦松．多相泵氣液混合實驗裝置及現場用均化器設計［J］．石油機械，2000，28（10）：6－8，26．

［10］朱孟俊．玻璃轉子流量計的正確使用與維護［J］．中國計量，2003（3）：52．

［11］陳柯行，王剛．轉矩轉速傳感器的發展與研究［J］．航空計測技術，2003，23（6）：5－6，14．

［12］羅伯青．LDBE型智能電磁式流量傳感器［J］．錄井工程，2011，22（3）：74－75．

作者：王龍庭 李增亮 單位：中國石油大學（華東）機電工程學院