工况参数对混输转子泵排出性能影响.pdf

第48 卷第2 期2024年2 月doi:10.11832/j.issn.1000-4858.2024.02.020液压与气动Chinese Hydraulics&Pneumatics工况参数对混输转子泵排出性能影响Vol.48 No.2February.2024王俊杰，李琴，刘伯韬，陈科，王美玲，熊蕾（西南石油大学机电工程学院，四川成都6 10 50 0）摘要：混输转子泵是气液固三相混输工艺的关键设备，输送介质成分复杂，内部流动机理尚不明确。因此,基于动网格技术和Mixture多相流模型对混输转子泵内部进行数值模拟,分析了混输转子泵在不同工况参数下的性能变化规律。结果表明：气相与固相占比对混输泵性能影响不明显;转速对混输转子泵性能影响明显，转速增加,容积效率显著上升，流量脉动略微降低;随着压差的增加，出口流量降低,容积效率显著下降，流量脉动大幅上升；而在3个工况参数交互作用下，混输转子泵的性能波动明显，混输转子泵在低含气、高含砂、低转速、高压差工况时表现较差。研究结果对混输转子泵的深入研究和广泛应用提供了有价值的参考。关键词：混输转子泵；工况参数；数值模拟；参数化研究；性能影响中图分类号：TH138;TE866文献标志码：B文章编号：10 0 0-48 58(2 0 2 4)0 2-0 153-12Influence of Operating Parameters on Discharge Performance ofMixed Rotor PumpWANG Jun-jie,LI Qin,LIU Bo-tao,CHEN Ke,WANG Mei-ling,XIONG Lei(School of Mechanical Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500)Abstract:The multiphase rotor pump is the key equipment of the gas-liquid-solid three-phase mixing process.Thecomposition the conveying medium is complex and the internal flow mechanism is not clear.Therefore,based onthe dynamic mesh technology and Mixture multiphase flow model,the numerical simulation of the mixed rotor pumpis carried out,and performance variation law of mixed rotor pump under dfferent working conditions is analyzed.The results show that the proportion of gas phase and solid phase has no obvious effect on the performance ofmultiphase pump.The rotational speed has a significant effect on the performance of the mixed rotor pump.Asrotational speed increases,the volumetric efficiency increases significantly,and the flow pulsation decreasesslightly.As the pressure difference increases,the outlet flow rate decreases,the volumetric efficiency decreasessignificantly,and the flow pulsation increases significantly.Under the interaction of the three working parameters,the performance of the mixed rotor pump fluctuates obviously,and the mixed rotor pump performs poorly under theconditions of low gas content,high sand content,low speed and high pressure difference.The research resultsprovide a valuable reference for the in-depth study and wide application of the mixed rotor pump.Key words:mixing rotor pump,working parameter,numerical simulation,parametric study,performance impact引言混输转子泵因其直接输送气液固三相介质的特性,大大降低工程造价，提高了生产效益，在各行业均有普遍应用 。但正因为这种特性,混输转子泵泵送情况复杂，工况多变，若遇极端工况则会严重威胁泵送机组的安全运行2 1。近年来，国内外研究人员针对混输转子泵做了大量的研究,希望揭示混输转子泵的内收稿日期：2 0 2 3-0 6-13作者简介：王俊杰(1996 一）,男，重庆潼南人,硕士研究生，主要从事油气运输关键技术的研究工作。修回日期：2 0 2 3-10-2 5154部流动规律。王晓飞3 讨论了固相颗粒对转子泵的磨损及外部特性影响；王中军等4 发现转子泵抽送非牛顿流体时的性能优于抽送清水介质；郑水华等5 提出了一种新的转子泵舌油槽结构方案,发现该结构对不同转速下的空化均有所抑制;GUO Q等6-7 研究了罗茨泵在不同操作条件下对气液混合物的适应性，结果表明气液混合物的泵效远低于纯气或纯液工况，出口区的压力与介质特性是影响性能的主要因素；王中军8 分析了不同畜禽粪污浓度、气固液成分及运行工况参数对凸轮转子泵的性能影响;ZHOUY9对一种新型高压转子泵进行了数值模拟，分析了发生空化情况下的转速、转子几何结构对转子泵的性能变化规律。此外，国内外研究人员对其他混输泵开展了研究，探究了不同工况参数对泵造成的性能影响。马希金等10 对油气混输泵进行了数值模拟,通过改变流量、转速、含气率这3个工况参数，探讨了不同参数下的混输泵内部流场分布情况；王勇等I 发现转速对混输泵首级动叶轮内含气率分布的影响较大;荆学敏等12 基于Mixture多相流模型研究了含气率对往复式油气混输泵的排出性能影响；常亮等13 通过实验分析了转速、含气率对离心泵增压特性的影响;邱勇等14 针对不同流量、颗粒物性对离心泵的径向力特性进行了研究；曾玲15 对螺旋离心泵进行气液固三相非定常模拟，获得了不同流量、气固两相浓度下的外特性曲线及内部流动情况；林鹏等16 分别在清水、含沙水、清水空化及空化与泥沙磨损联合作用下,对轴流泵的内部压力脉动特性进行了分析，发现泥沙的加入会加剧压力脉动，且促进空化的发展。上述研究证明了运行中的不同工况参数对离心泵、轴流混输泵等的影响较为明显，但对于混输转子泵的性能影响并不清晰,需要进一步的讨论。综上,针对混输转子泵工况参数变化对性能影响的研究不够深入，而工况参数变化的研究又恰恰是揭示混输转子泵内部流动机理及维持混输转子泵安全运行的关键。因此本研究基于动网格技术与Mixture多相流模型，分析了三相介质含量、机组转速、压差变化对混输转子泵造成的性能影响，得到了各工况参数的变化对混输泵的性能影响规律，从而为混输转子泵的深入研究提供参考价值。1模型和方法1.1原理及模型混输转子泵的重要组成部分包含主、副转子、泵腔液压与气动以及进出口段。在工作时,主、副转子在泵腔内同速反向运动，在进口段产生低压吸入介质，在出口段因挤压形成高压排出介质,转子每旋转半周，混输转子泵便吸人和排出介质一次,如此往复，混输转子泵实现连续工作，其模型如图1所示。副转子入口区域泵腔a）混输转子泵几何模型a)Geometric model of mixed rotor pump副转子RmlRm3aRm2住转子b）主副转子关键结构参数b)Key structural parameters of main and auxiliary rotorsc）计算域关键结构参数c)Key structural parameters of computational domain图1混输转子数值计算模型Fig.1 Numerical calculation model ofmultiphase rotor该混输转子泵的设计要求参数如表1所示,基本结构参数如表2 所示。通过自定义 UDF的形式确保主副转子同速反向运动。表1混输转子泵设计参数Tab.1 Design parameters of mixed rotor pump出口压力/MPa0.5 2.01.2网格划分二维模型足以反映三相混输泵内部的流动情况，第48 卷第2 期出口区域工主转子流量/m3.h-1转速/r min-I5.0 20.0500 15002024年第2 期表2 混输转子泵结构参数Tab.2SStructural parameters of mixed rotor pump结构参数进出口管道长度1径向长度1中心距a啮合间隙&副转子叶顶圆半径Rml主转子叶顶圆半径Rm2主转子叶根圆半径Rm3在整个计算过程中均采用二维模型17 。为了计算的准确性,将进出口区域进行了适当的延长。全局网格采用非结构化网格，对泵腔边界、转子壁面等区域进行加密处理，网格划分结果,如图2 所示。副转子工作腔入口区域主转子工作腔图2 混输转子泵网格划分模型Fig.2 Meshing model of mixed rotor pump通常，计算结果的精度会随着网格数量的提升而提升，但当网格数量到达一定规模时,其网格数量的增多不仅对计算精度的提升有限,反而会消耗掉大量的计算资源。因此,需要在保证计算结果准确性的同时尽可能地减少网格数量。不同网格数量N下的平均出口流量Qaxe及相对误差8 变化,如图3所示。当网格数达到1.110 时，平均出口流量趋于稳定，相对误差在5%以内,满足计算需求,并且网格数量相对较少,能够很好地节省计算成本。最终选择网格数为1.110万的网格模型。2仿真方法及实验验证2.1物性参数及入口参数假设井场产出原油包含石油、天然气和砂粒，三者之间相互穿插、渗透，并且没有明显相间转化及分离现象发液压与气动5Fmm43.78数值3154240113200.20.966.8图3网格无关性验证79Fig.3Grid independence verification生。因此选择工作介质为石油、天然气和砂粒并做出65以下假设，物性参数如表3所示：（1）油为主相且不可压缩,天然气与砂粒为次相，次相直径均为0.1mm;（2）人口处气液固三相分布均匀，无空化和相间分离现象出现；（3）各相间无相变和质量传递，物理特性为常数。表3三相介质的物性参数出口区域Tab.3Physical parameters of three-phase medium介质密度/kgm*3动力黏度/kg（m s）-12.2Mixture模型本研究使用的原油介质各相具有相互渗透特性，颗粒相的体积分数较大（超过10%），并且相间电力规则并不清晰。常用的离散相(DPM)模型、VOF模型以及Euler模型并不适用于混输转子泵的排出性能研究。本研究采用的Mixture 模型是一种简化的欧拉多相流模型,该模型将各相视为相互渗透的连续体,求解混合动量方程，用相对速度描述分散相18 ，对于上述情形具有高度的适应性，能够得出较为精确的数值解19-2 0 混合物的连续性方程为：%(pm)+V.(pmm)=0式中，Pm混合密度，Pm=。:Pk155平均出口流量25相对误差4.483.981.04.511.11.2N石油8303.32e-34.552015%/10501.3105天然气石英砂0.752e30.31e-3(1)156一第k相的体积分数Ph一第k相的密度一第K相的质量平均速度n一相数一哈密尔顿算子混合物的动量方程可以通过对所有相的单个动量方程求和得到，可以表示为：=-Vp+Vm(Vum+Vu)+nPmg+F+V.(式中,p一压力混合黏度，um=Z。Mmk=1重力一Udr,k第k相的漂移速度,uar,k=Vk-Um2.3边界条件及求解方法根据实际工况，进口边界条件为压力进口，出口边界条件为压力出口；设定进口的湍流强度为5%，水力直径为50.6 4mm；湍流模型选用RNGk-两方程模型,考虑相间的滑移速度,采用 SIMPLE方法对压力-速度耦合方程进行求解，采用二阶迎风格式对控制方程进行离散求解以提高求解精度2 12.4方案设计针对混输转子泵所涉及的相关工况参数，设计了复合试验表。人口压力据实测为0.6 MPa，其余参数如表4所示。在本次试验中,设含液率不作变化,通过含气率与含固率的权重变化对不同三相混输介质进行模拟。2.5试验及模型验证为了验证数值模拟方法的正确性,在某油田搭建了如图4所示的混输转子泵实验系统。在进行实验测试时，机组已连续工作2 天。依照复合试验表的1115组工况参数调节实验装置出口压力，在进行现场数据采集时，每个工况运行10 min后开始测试,每隔2 min记录一次数据,测得数据后取平均值与数值计算结果相对比。液压与气动l:PUk质量平均速度，m=k=1Pm第48 卷第2 期表4复合试验表Tab.4(Composite test table转速试验序号压差/MPa123456单7因8素9(2)10111213141516171819多因20素21222324图5反映了数值结算结果与实验结果的差异，可以明显看出,数值计算结果与实验结果曲线相似,平均出口流量随着压差p的增大而呈下降趋势,并且该数值计算结果均高于实验结果。这可能与数值计算模型忽略了端面间隙造成的内部泄漏和实际工作过程中的机械损失有关。数值计算与实验结果最大相对误差为3.3%，均在5%以内，说明了本数值计算模型具有正确性。含气率与T:min*1含固率/%5,157.5,12.50.95005007500.91000125015000.40.650.91.151.40.40.91.40.91.40.41.40.40.910,1012.5,7.515,510,1050010,1050015,5100015,5150015,550010,10100010,10150010,105005,1510005,1515005,152024年第2 期智能控制柜混输泵旁通阀流量表液压与气动取3号试验组为例，分别取转子转动90,135，出口管道225时的混输泵进行分析。转子转动到90 时，主副转子工作腔室封闭，形成独立空间；转子转动到135压力表电机入口管道旁通阀157及2 2 5时，代表了主副转子在工作周期内的1/4,3/4节点，为混输泵工作中的关键节点，图6 为不同角度下气固两相的分布云图。90a)）现场试验图a)Field test diagram混输泵出口管道13500.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1电机Volumefractionofsanda）气相分布云图a)Gas phase distribution cloud diagram22590135225b）混输转子泵与电机图b)Mixed rotor pump and motor diagram图4现场实验装置图Fig.4Figures of experiment installing5.65.45.25.04.84.64.44.24.03.83.60.4图5数值计算结果与试验结果对比图Fig.5 Comparison of numerical results and test results3数值结果与讨论3.1混输泵转动过程瞬态特性分析1）转动过程中的体积分数云图分析混输泵转子旋转18 0 就能够实现出口流量脉动周期一次，选择18 0 周期内的各转动角度进行瞬态分析,足以反映混输泵在工作过程中的瞬态变化特征。00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1Volumefractionofairb)固相分布云图b)Solid phase distribution cloud diagram最大气体休积分数区城数值仿真计算结果实验结果0.60.8Ap/MPa最大固体体积分数区域c）最大气相与固相分布云图c)Maximum gas and solid phase distribution cloud diagram图6 不同角度气固两相分布云图Fig.6(Gas-solid two-phase distribution clouddiagram at different angles1.01.21.4如图6 所示,最大气相、固相体积分数均在人口位置及主转子工作腔内出现，最小气相、固相体积分数在出口位置出现，主副转子啮合位置及副转子工作腔内出现了部分低梯度的气固体积分数云图区域。流线图表明入口位置及泵腔内部各角度流线分布均匀有序、出口位置流线旋涡明显，呈现明显对流现象。上述气固两相的分布特征表明了混合介质在混输泵内部出现了分离现象，这与三相介质的密度及混输泵的工作特性相关。各相介质的密度差、人口位置的低压以及主副转子之间的返流都是造成介质分离的重要原因,出口位置的强烈对流现象与输送介质的流动158轨迹有关，工作腔内的流体受到主转子的旋转挤压作用，向出口位置上方移动，撞击出口管道上壁面后向外排出。2）转动过程中的出口流量分析图7 为瞬时出口流量Q随转动角度变化曲线，从图中可以看出，出口流量脉动具有明显的周期特征，转子转动一周，出口流量呈现了2 次“M”型特征的流量波动现象。出口流量在0,18 0 与36 0 时取得最小值，在30 150 及2 10 330 之间取得最大值。在030范围内，混输泵人口处容积增加，抽吸介质进人工作腔内，混输泵出口处容积减少，输送介质动能增加，引起出口流量短暂上升；在30 150 范围内，泵腔内的间隙泄漏以及介质冲击出口端壁面等因素导致出口流量呈现波动变化；在150 18 0 范围内，混输泵出口处的容积增加，并且出口侧的高压对混合介质进行加压，混合介质受挤压向人口处的回流增加，出现出口侧的流量呈现短暂下降现象。转子旋转到18 0，混输泵完成一次周期运动。5.45.25.04.84.64.44.03.83.63.40306090120150180210240270300330360/()图7 瞬时出口流量曲线Fig.7 Instantaneous outlet flow curve3.2工况参数对混输泵的性能影响1）含气率、含固率占比的影响井口原油中的介质成分复杂，含气率、含固率的占比频繁变化，为了研究介质成分对混输泵造成的性能影响,采用单因素分析法,对1 5组试验数据进行分析，具体试验参数如表4所示。以第1,3,5组试验数据的计算结果为例,对气相与固相分布云图进行分析。不同含气率、含固率下的气固两相分布云图，如图8 所示。由图8 可以看出,随着含气率占比的增加，混输泵的气固两相体积分数云图梯度变化并不明显，最大体液压与气动积分数分布区域未见明显变化；最大气相体积分数均在人口位置出现；最大固相体积分数在人口位置及主转子工作腔内出现。同时，各工况下的流线轨迹相似，线条整齐有序,未见额外的旋涡及流扰动现象。介质流动性良好，气固两相的分布情况与体积分数的变化之间的联系并不明显。含气率5%含固率15%00.010.020.030.040.05Volumefractionofair含气率5%含固率15%5.1200.030.060.090.120.15Volumefractionof sand4.49最大气相体积分数区域W最大固相休13.60第48 卷第2 期含气含气率10%率15%C含固含固率10%率5%00.020.040.060.080.100.030.060.090.120.15VolumefractionofairVolumefractionofaira)气相分布云图a)Gas phase distribution cloud diagram含气率10%含固率10%00.020.040.060.080.1Volumefractionofsandb）固相分布云图b)Solid phase distribution cloud diagram积分数区域含气率5%含砂率15%C）最大气相与固相分布云图c)Maximum gas and solid phase distribution cloud diagram图8 不同含气率、含固率时的气固两相分布云图Fig.8 Gas-solid two-phase distribution cloud diagramunder different gas-solid integration numbers图9 为不同含气率、含固率时的出口瞬时流量曲线，可以看出，各曲线波动幅度相似，含气率、含固率的变化对出口流量的波动幅度影响不大。随着含气率占比的增加，流量曲线向下方移动，呈现逐步减小的趋势，平均出口流量从4.6 8 m/h降低至4.38m/h，出口流量依次降低了1.2 3%，2.8 4%，4.53%，6.30%，这与气体的可压缩性以及气相含量增加引起的回流增加相关，出口流量呈现逐步降低的状态。含气率15%C含固率5%00.010.020.030.040.05Volumefractionofsand含气率10%含砂率10%含气率15%含砂率5%2024年第2 期5.65%,15%7.5%,12.5%10%,10%7-12.5%,7.5%15%,5%5.24.81-4,u/04.44.03.60图9不同含气率、含固率下出口瞬时流量曲线Fig.9Instantaneous flow curve of outlet underdifferent gas-solid integration ratio容积效率与流量脉动系数S是油气三相混输转子泵的重要性能指标,直观反映了混输泵性能的高低2 2-2 3。图10 给出了混输泵的容积效率曲线与流量脉动系数曲线，从图中可以看出，含气率占比从5%增长到15%时，容积效率从53.59%降低至50.2 2%，流量脉动系数从31.51%增长至36.34%，并且当含气率高于10%时，流量脉动系数曲线上升较为急促。反映了含气率占比的上升不仅会引起容积效率的降低，还会引出出口流量脉动增加，因此应该尽量避免高含气率工况。54.053.553.052.5552.051.551.050.550.0图10 容积效率、脉动系数随含气率、含固率变化曲线Fig.10Volumetric efficiency,pulsation coefficientwith gas content,solid content variation curve2）转速的影响混输泵转子泵常通过调节转速对流量进行调节，为了研究不同转速对混输泵造成的性能影响,采用单因素分析法,对6 10 组试验数据进行分析,具体参数如表4所示。以第6,8,10 组试验数据的计算结果为例,对6，液压与气动8,10组试验数据的气相与固相分布云图进行分析,不同转速下的气固两相分布云图如图11所示。由图11可以看出,转速变化对混输泵的气相与固相分布规律存在较大影响。随着转速的增加,最大气相体积分数在人口位置处的占比面积减少，在主副转子工作腔内逐级增加，而最大固相体积分数在入口位置与泵腔内的分布区域逐渐扩大。这是因为转速增加，介质流速增加，在离心力作用下，固相介质向壁面60120a/()一容积效率一流量脉动系数5,57.5,12.5510,1012.5,7.5(GVF,SVF)/%159180240300137363534S33323115,5360聚集，气相介质向转子壁面靠近。500r/min1000r/min00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1Volumefractionofaira）气相分布云图a)Gas phase distribution cloud diagram500r/min00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1Volumefractionofsandb)固相分布云图b)Solid phase distribution cloud diagram最大气体体积分数区域最大固体体积分数区域500r/minc）最大气相与固相分布云图c)Maximum gas and solid phase distribution cloud diagram图11不同转速下的气固两相分布云图Fig.11 Gas-solid two-phase distribution clouddiagram at different working speeds图12 为不同转速n时的出口瞬时流量曲线，可以看出,随着转速的递增，流量曲线上移，曲线的波谷愈加明显，出口平均流量依次为4.55，8.0 3，11.43，14.92，18.43m/h,呈现出正比增加现象，即混输泵的转速变化对出口流量能起正相关作用，在主副转子转动到0 18 0 以及36 0 时，瞬时出口流量可能会产1500r/min1000r/min1500r/min1000r/min1500/min16024500 r/min+1250 r/min 1500r/min201612840图12不同转速下出口瞬时流量曲线Fig.12Instantaneous flow curve of outlet atdifferent working speeds生较大的波动。图13为不同转速时的混输泵容积效率与流量脉动系数变化图，可以看出，容积效率随着转速的增加而上升,流量脉动系数则逐步下降。转速在50 0 750r/min范围内时，两曲线斜率较大，容积效率从52.03%增至6 1.2%，流量脉动系数从0.32 降至0.26,转速对流量特性影响明显；转速在7 50 1500r/min范围内时，曲线斜率逐步变缓，转速对流量特性影响降低，当转速达到150 0 r/min时，出口流量及容积效率达到最大值，流量脉动系数达到最小值。70F65605550500图13容积效率、脉动系数随转速变化曲线Fig.13 Curves of volumetric efficiency and pulsationcoefficient changing with working speed3）压差的影响要实现井口三相介质的直接混输，必须保证泵送压力满足其输送需求，为了研究不同压差对混输泵造成的性能影响,采用单因素分析法,对11 15组试验数据进行分析，具体试验参数如表4所示。以第11,13,15组试验数据的计算结果为例,对气液压与气动.750 r/min 1000 r/min相与固相分布云图进行分析，不同压差下的气固两相n分布云图如图14所示。由图14可以看出，随着压差的增加，出口位置的气相体积分数梯度减小，其他区域气相分布无明显变化；最大固相体积分数在人口位置与主转子工作腔内的区域逐渐减少，固相分布更加均匀,并且流线均匀，没有旋涡，出口位置的回流及旋涡现象相似。这说明了压差的增加能够有效地抑制固相在混输泵内的聚集60120/()一容积效率流量脉动系数7501000n/r.min-l第48 卷第2 期1802403003600.340.320.300.28S0.260.240.220.2012501500现象，砂砾携带能力增强,压差的增加能够促进介质的流动均匀性。0.4MPa00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1Volumefractionofaira）气相分布云图a)Gas phase distribution cloud diagram0.4MPa00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1Volumefractionofsandb）固相分布云图b)Solid phase distribution cloud diagram最大气体体积分数区域最大圈体体积分数区城0.4MPac）最大气相与固相分布云图c)Maximum gas and solid phase distribution cloud diagram图14不同压差下的气固两相分布云图Fig.14Gas-solid two-phase distribution cloud diagramunder different inlet and outlet pressure difference如图15所示为不同压差p时的出口瞬时流量，可以看出，压差的增加不但会引起出口流量的降低，还会引起出口流量的脉动增加。随着压差的增加，流量曲线总体向下移动，同时波峰与波谷之间的差异愈加明显，最大出口流量依次减少了8.5%，15.8%，2 2.3%，2 8.4%，平均出口流量依次减少了6.7%，13%18%,2 2.9%，这说明了压差的增加会引0.9MPa0.9MPa0.9MPa1.4MPa1.4MPa1.4MPa2024年第2 期7.00.4MPa6.51.15 MPa+1.4MPa6.0Ap5.55.0三6.4.54.03.53.00图15不同压差的出口瞬时流量曲线Fig.15Outlet instantaneous flow curve of pressuredifference起出口流量近似线性的逐级减少，混输泵的出口流量脉动幅值也会逐级增加,混输泵的性能受到影响。如图16 所示为不同压差下的混输泵容积效率与流量脉动系数变化图,可以看出，随压差的增加，容积效率线性减少，流量脉动系数逐级攀升。当压差达到0.9MPa时,容积效率低于50%流量脉动系数达到0.32,此时泵效较低,并且流量脉动明显，应避免在此工况下长时间运作。646260585605452504846440.4图16容积效率、脉动系数随压差变化曲线Fig.16Curves of volumetric efficiency and pulsationcoefficient with pressure difference3.3多因素交互影响结果分析1）极差分析采用多因素分析法,对11 15组试验数据进行分析,具体试验参数如表4所示。选取容积效率与流量脉动系数作为分析的评价指标，各组数据的评价结果如图17 所示。在9组试验数据中,第2 2 组试验的容积效率达到最低值、流量脉动系数达到最高值，此时混输泵呈现出最低的性能状态。液压与气动80.0.65MPa0.9MPa706050430201001617181920212223 2460120/()一容积效率流量脉动系数0.60.81.0Ap/MPa161容积效率流量脉动系数18024030070.400.380.360.34S0.320.300.280.261.21.40.400.350.300.250.20S0.150.100.050.00360Test number图17 正交试验结果表Fig.17Orthogonal test results table对以上9组数据进行极差分析,结果如表5所示，各因素对容积效率，流量脉动系数影响的主次顺序均为：转速 压差 含气率、含固率占比，最劣试验组数为第2 2 组，该组合容积效率为46.8 2%，流量脉动系数为0.36，性能低于其他所有方案，即含气率为5%，含固率为15%、转速为50 0 r/min、压差为1.4MPa。表5极差结果分析表Tab.5Range result analysis table容积效率/%因素A均值164.23353.497均值263.86767.23均值363.03370.40759.6430.2600.211 0.275极差1.22）多因素交互分析图18 为任意两因素对容积效率及流量脉动的影响曲线。如图18 a、图18 d可以看出，在含气、固率一定的情况下，容积效率随着转速的增加而增加,随着压差的增加而减小；流量脉动系数则随着转速的增加而减少，随着压差的增加而增加。当转速达到1000 r/min时,容积效率及流量脉动系数曲线的斜率由“陡峭”变为“平缓”转速到达10 0 0 r/min后的持续升高对混输泵的性能影响减弱。如图18 b、图18 e可以看出，在压差一定的情况下，容积效率随转速的增加而增加，流量脉动系数随转速的增加而减少。当含气率为5%时，容积效率及流量脉动系数曲线表现都较为平缓，当含气率为15%流量脉动系数BC68.730.2480.3150.22862.760.2530.2340.25716.919.0870.0120.1040.047ABC162液压与气动第48 卷第2 期800.4 MPa750.9MPa701.4 MPa65%/l60555045400 60080010001200140016004006008001000120014001600n/r:min-ln/rmin-la）气液固三相介质占比不变时的容积效率曲线b）压差不变时的容积效率曲线a)Volumetric efficiency curve when proportion ofb)Volumetric efficiency curve at constantgas-liquid-solid three-phase medium is constant0.40r0.360.32S0.280.240.204006008001000120014001600400 600 8001000120014001600n/r-min-ln/r:min-ld）气液固三相介质占比不变时的流量脉动曲线e）压差不变时的流量脉动曲线d)Flow pulsation curve when proportion ofe)Flowpulsationcurveunderconstantgas-liquid-solidpressure difference图18 任意两因素对容积效率及流量脉动的影响曲线Fig.18 Influence curve of any two factors on volumetric efficiency and flow pulsation时，两曲线表现则比较崎岖，这表明混输泵的流量输出特性对输送介质的含气率较为敏感，介质中的含气率较低时，混输泵的性能表现更好。由图18 c、图18 f可以看出,在转速一定的情况下，混输泵的容积效率及流量脉动系数随压差增大而呈现出形态各异的变化，在含气率为5%时，容积效率与压差呈现正相关变化，流量脉动系数与压差呈现负相关变化,随着含气率的攀升,压差的增加可能会造成容积效率降低、流动脉动增加等现象，当含气率达到15%时,混输泵的容积效率显著下降,流量脉动系数上升明显，此时混输泵的性能严重下滑。4结论采用动网格技术和Mixture多相流模型对混输转子泵流场特性及性能影响规律进行了研究,分析了不同含气率、含固率、转速、压差在单因素及多因素作用下对泵的性能影响，得到如下结论：（1）含气率、含固率占比变化对内部流场影响不80r75上7065%/l605550450.40r-0.4 MPa0.36-0.9MPa+1.4 MPa80755%,15%+10%,10%+15%,5%pressure difference5%,15%+10%,10%0.32+15%,5%S0.280.240.20+5%,15%10%,10%+15%