畢業(yè)設(shè)計（論文）-固定型環(huán)形多噴嘴壓后排液射流泵設(shè)計

PAGEPAGE1固定型環(huán)形多噴嘴壓后排液射流泵設(shè)計摘要：射流泵設(shè)計理論研究已有100多年的歷史，它是一種依靠流體之間動量交換來工作的流體機械泵，由于它沒有運動，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、易于操作、便于維護和綜合利用等特點，被廣泛用于各個行業(yè)中，尤其是在石油行業(yè)的采油設(shè)備中，射流泵更有不可代替的優(yōu)越性。然而傳統(tǒng)液體射流泵只有一個噴嘴,由于其原始結(jié)構(gòu)尺寸較大，效率較低不利于射流泵的安裝與應(yīng)用。因此針對上述問題提出多噴嘴射流泵的研制。多噴嘴射流泵相比較具有工作壓力高、當(dāng)量噴嘴大小可以調(diào)節(jié)、噴嘴不會堵塞、磨損小、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、重量輕等優(yōu)點，具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景和較高的研究價值.本論文闡述了射流泵的研究意義背景及射流泵的國內(nèi)外發(fā)展史，并對射流泵的前景進行了展望；介紹了射流泵的基本工作原理和結(jié)構(gòu)；并且詳細(xì)計算了有關(guān)固定型環(huán)形多噴嘴射流泵的水力學(xué)參數(shù)和其基本尺寸，設(shè)計了整個泵的各個工作部件；比較了環(huán)形多噴嘴射流泵相對于傳統(tǒng)單噴嘴射流泵的優(yōu)勢；為了使這次設(shè)計的射流泵滿足實際要求，在完成整體設(shè)計后，對整個射流泵進行驗算，并對主要部件進行強度校核。關(guān)鍵詞：射流泵；環(huán)形多噴嘴；固定型；采油設(shè)備Fixedrearannularfluidpressuremulti-nozzlejetpumpdesignAbstract:Thestudyaboutdesigntheoryofjetpumphasbeenlastformorethan100yearsinhistory,itisafluidmechanicalpumpthatworkeddependonthemomentumexchangebetweenthefluid,becauseithasnomovement,andhascharacteristicsofsimplestructure,workreliable,easyoperation,easymaintenance,andcomprehensiveutilization,soitiswidelyusedinvariousindustries,especiallyinoilequipmentinoilindustry,jetpumphasmoreirreplaceableadvantages.However,traditionalliquidjetpumponlyhaveonenozzle,becausetheoriginalstructuresizeislarge,andhavelowefficiency,soitisnotconducivetotheinstallationandapplicationofjetpump.thus.toaddresstheaboveissues,multi-nozzlejetpumpappeared.Multi-nozzlejetpumphashigherworkingpressure,aequivalentnozzlesizecanbeadjusted,thenozzlecannolongerblocked,smallwearing,simplestructure,easyinstallationandlightweight,etc.,hasaverybroadapplicationprospectsandahigherresearchvalue.Thisarticledescribesthebackgroundandthehistoryofitsdevelopingofthedomesticandinternationalofthejetpump,andstatestheprospect;italsodescribesthebasicworkingprincipleandstructureofthejetpump;anddothedetailedcalculationsabouttheMechanicalparametersofwateroffixedrearannularfluidpressuremulti-nozzlejetpumpanditsbasicsize,designalltheworkingpartsofthepump;comparedthejetpumpnozzleringrelativetothetraditionalsinglenozzlejetpumphavemoreadvantages;Tomakethedesignofjetpumpsmeettheactualrequirements,Afterthecompletionoftheoveralldesign,checkthewholejetpump,anddostrengthcheckingtothemaincomponents.Keywords:Jetpump;Multi-nozzlering;Fixed;Productionequipment目錄1.緒論 11.1研究的背景及意義 11.1.1石油的重要性 11.1.2采油方法方式簡介 11.1.3射流泵采油的特點和優(yōu)勢 11.2射流泵研究與應(yīng)用綜述 21.2.1射流泵及其理論的發(fā)展歷程 21.2.2射流泵的基本特性 41.2.3射流泵的基本應(yīng)用 61.2.4射流泵研究存在的問題 61.2.5射流泵的前景展望 71.3畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容 71.4所采用的研究方法 72.射流泵主要參數(shù)、構(gòu)造以及工作原理 92.1射流泵的結(jié)構(gòu)及工作原理 92.2射流泵的基本特征參數(shù) 102.2.1無量綱壓力比P和無量綱壓頭比H 112.2.2無量綱體積流量比M和無量綱質(zhì)量流量比G 112.2.3無量綱面積比R 112.2.4無量綱密度比ρr 122.2.5無量綱喉嘴距Ld 123.總體設(shè)計方案 133.1確定循環(huán)方式 133.1.1正循環(huán)和反循環(huán) 133.1.2選擇循環(huán)方式 133.2環(huán)形多噴嘴射流泵對傳統(tǒng)單噴嘴射流泵的優(yōu)勢 133.3選擇動力液 134.水力學(xué)計算 144.1計算中的假設(shè)條件 144.2射流泵采油系統(tǒng)示意圖與符號介紹 144.2.1主要符號介紹 144.2.2射流泵采油系統(tǒng)示意圖 154.3已知條件 164.4射流泵參數(shù)計算 174.4.1計算噴嘴入口處壓力P1 174.4.2確定泵的最優(yōu)參數(shù) 214.4.3計算混合液流量Qm 214.4.4射流泵基本尺寸計算 214.4.5驗算 235.結(jié)構(gòu)設(shè)計及其計算 315.1確定泵工作筒的外徑和壁厚 315.2設(shè)計環(huán)形多噴嘴 315.3設(shè)計進液和排液通道 325.4設(shè)計上接頭和下接頭 336.強度校核 356.1射流泵工作筒的抗壓強度校核 356.2射流泵噴嘴安裝套擋塊的強度校核 397.結(jié)論 42致謝 451.緒論1.1研究的背景及意義1.1.1石油的重要性通過對石油的煉制可得到汽油、煤油、柴油等燃料以及各種機器的潤滑劑、氣態(tài)烴。通過化工過程，可制得合成纖維、合成橡膠、塑料、農(nóng)藥、化肥、醫(yī)藥、油漆、合成洗滌劑等。因此，石油被廣泛運用于交通運輸、石化等各行各業(yè)，被稱為經(jīng)濟乃至整個社會的“黑色黃金”、“經(jīng)濟血液”。石油的流動改變著世界政治經(jīng)濟的格局，只要沒有一種新的燃料能取代石油，國際間石油的爭奪就不會停止。1.1.2采油方法方式簡介采油方法主要有自噴采油和人工舉升兩種。在油井的開發(fā)過程中，當(dāng)對油井試油后，會根據(jù)油井的油層物性、壓力，選擇合適的開采方式。在實際生產(chǎn)中，油層物性好、壓力高的油井，油氣可自噴到地表，即自噴采油。油層物性差、壓力低的油井，當(dāng)?shù)貙幽芰坎蛔阋詫⒂捎蜌馀e升到地表時，應(yīng)人工補充能量，進行人工舉升。1.1.3射流泵采油的特點和優(yōu)勢射流泵采油是一種特別適合海洋石油開采的無桿泵采油方式。射流泵能夠適用于各種地層和管柱，射流泵主要由噴嘴、喉管及擴散管組成，如圖1所示。其工作原理是將工作流體通過噴嘴高速噴出，同時靜壓能部分轉(zhuǎn)換為動能，管內(nèi)形成真空，低壓液體被吸入管內(nèi)。兩股液體在喉管中進行混合和能量交換，工作液體速度減小，被吸液體速度增大，壓力逐漸增加，在喉管出口處速度趨于一致?；旌弦后w通過擴散管時，隨著流道的增大，速度逐漸降低，動能轉(zhuǎn)化為壓力能，混合液體壓力隨之升高。圖1-1射流泵原理示意圖水力射流泵是利用射流原理將注入井內(nèi)的高壓動力液的能量傳遞給井下油層產(chǎn)出液的無桿水力采油設(shè)備，其沒有運動部件，結(jié)構(gòu)緊湊，泵排量范圍大，揚程可達(dá)500-3000m，可抽吸含腐蝕、含砂介質(zhì)的原油和氣液比較高的原油，可用于高凝油、稠油、高含蠟油井。在日常生產(chǎn)中維護、測試、調(diào)參簡單，檢泵方便，在北達(dá)科他州Baakin油田測井?dāng)?shù)據(jù)表明，當(dāng)“狗腿”嚴(yán)重度不超過200130.48m時，射流泵通過73.OOmm油管起下沒發(fā)生過任何問題。射流泵免修期較長，在油井產(chǎn)量變化時調(diào)節(jié)極為方便，投資和操作費用較低，對定向井、水平井和海上叢式井的油氣舉升有良好的適應(yīng)性，特別符合海上平臺面積小、資源有限的基本情況。能夠利用經(jīng)過處理的平臺生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的污水作為動力液，大大提高了資源利用率。1.2射流泵研究與應(yīng)用綜述1.2.1射流泵及其理論的發(fā)展歷程射流泵以其結(jié)構(gòu)簡單的特點，自發(fā)明以來便被廣泛應(yīng)用于水利電力、交通運輸、石油生產(chǎn)、建筑、化工生產(chǎn)、航空航天、給排水、醫(yī)藥生產(chǎn)、給排水、環(huán)境保護等各個領(lǐng)域。射流泵自詹姆斯(James)·湯姆森(Thomson)于1852年發(fā)明以來，至今己100多年的歷史。在此之前，射流泵的基本原理，即兩股流體的混合現(xiàn)象，在16世紀(jì)時便已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，到19世紀(jì)，德國學(xué)者G·佐伊納(Zeuner)根據(jù)動量定理，建立了射流泵的設(shè)計理論基礎(chǔ)，1870年，他和M·蘭柯尼(Runkin)[1-3]進一步發(fā)展了射流理論。1910年，洛倫茲(Lorenz)發(fā)表了著名的混合損失模型。1922年，K·羅菲(Hoefer)進行了液氣射流泵對冷凝器抽真空試驗。但是，這些理論還不能解決射流泵的計算問題。直到20世紀(jì)30年代，流體力學(xué)及空氣動力學(xué)的發(fā)展，推動了射流泵的研究工作[4-5]。1933-1934年，J.E.戈斯利尼(Gosline)和M.P.奧布賴恩(O，brien)在加里福尼亞大學(xué)進行了系統(tǒng)的液體射流泵試驗研究工作，并發(fā)表了射流理論研究與實驗研究成果，成為射流泵設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)。1948年，D.斯立林(citrini)[6-7]在分析射流泵的阻力損失基礎(chǔ)上，提出了提高泵效的途徑。1951年，T.W.勞德斯(Rodes)提出了用射流泵抽送泥砂，并指出其經(jīng)濟性及可靠性[8]。1952年，J.w.麥科納基(Maeonaghy)[9-10]，提出了射流泵裝置性能計算方法。1957年，R.G.坎寧安(eunningham)[11]在戈斯利尼原來的表達(dá)式的基礎(chǔ)上，擴展研究了抽吸高粘滯液體的射流泵特性，給出了射流泵在等密度體系條件的綜合數(shù)學(xué)模型。1955-1956年，R.沃格爾(Vogel)研究了射流泵的基本性能最優(yōu)設(shè)計參數(shù)，提出射流泵效率可以達(dá)到40%[12-14]。1956年，5.T.波寧頓(Bonnigton)對水及水氣射流泵進行了詳細(xì)試驗后，提出了射流泵各部件的合理尺寸，并指出采用多噴嘴可縮短喉管長度。1956年，A.G.漢森(Hansen)提出液體射流泵設(shè)計方法1291。同年，Beeke:HA，HottelHC.以及WilliamsGc.研究了管道中混合射流。R.G.坎寧安在1970年.對射流泵的氣蝕現(xiàn)象進行了研究，在1974年對液體射流泵壓縮氣體長喉管液氣射流泵進行了深入研究。Raosingamsetti等人對射流泵特性曲線進行了深入研究，給出了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)射流泵的特性曲線，為射流泵的應(yīng)用提供了良好的設(shè)計依據(jù)。然而，以上的研究仍然是初步的，雖然已從不同角度進行了理論和實驗研究，但還局限于射流泵外特性研究，而對于射流泵內(nèi)的流動規(guī)律認(rèn)識還不夠完善，從總體上還沒有形成一個統(tǒng)一的規(guī)律，對于各種因素的影響規(guī)律認(rèn)識還不足。進入20世紀(jì)80年代，隨著石油開采的需要，對于射流泵水力特性的研究進入一個新的階段。1980年，BrownK.E.和PetrieH出版了《人工舉升方法》[15]一書，在戈斯利尼和奧布賴恩研究成果的基礎(chǔ)上，對射流泵的工作原理、系統(tǒng)組成、水力特性等進行了系統(tǒng)地闡述。但這一研究仍局限于等密度體系(兩股流體密度相等)。1983至1984年，petrieH.L.，smart，E.E.等人連續(xù)發(fā)表了文章，最新給出了非等密度體系中的模型，并對射流泵幾何尺寸進行了初步研究。這些研究結(jié)果，可以很好地預(yù)測射流泵在原油生產(chǎn)中的工作情況。隨后，萬ondrodiPutr，B等人開展了遠(yuǎn)距離水力射流泵的研究與應(yīng)用，cortevilie，J.c.等人開展了利用射流泵開采單相和多相原油的研究，HQLu等人開展了射流泵區(qū)間的數(shù)值計算，Jiao，B.，sehmidt，C.等人研究了兩相水力射流泵的效率與壓力恢復(fù)問題，1988年，GruPPing，A.w系統(tǒng)地闡述了油井射流泵的工作原理、計算公式、工作特性曲線、計算程序和算例，提供了一整套結(jié)合采油條件的理論和計算方法。這一階段的研究結(jié)果，基本上可以滿足生產(chǎn)的需要。但是，隨著應(yīng)用的不斷推廣，逐漸暴露出一些問題，如水力射流泵描述方法的統(tǒng)一性問題、提高射流泵效率問題、射流泵內(nèi)在流場與外特性關(guān)系問題、有關(guān)射流泵各種摩擦損失系數(shù)問題、理論的實驗驗證問題等等，都需要進一步深入研究。我國雖然在50年代就開始了射流泵的應(yīng)用研究，但是由于射流泵的效率不高，限制了它的應(yīng)用與推廣。直到70年代，基本上處于簡單應(yīng)用階段，而對于理論研究則基本處于停滯不前的狀態(tài)。從70年代末以后，一些學(xué)者開始對于射流泵的射流理論進行了較為深入的研究Is0Hs31，奠定了國內(nèi)射流理論的基礎(chǔ)。但是，從這以后，受應(yīng)用的限制，研究進展仍然很慢，基本上還是處于試驗和應(yīng)用研究階段。1987年，陸宏沂研究了國外學(xué)者大量的研究成果，出版了《射流泵技術(shù)的理論與應(yīng)用》[16]標(biāo)志著國內(nèi)射流理論走向成熟。隨著石油開采的需要，射流泵成為原油生產(chǎn)的一種重要藝方法，這時急需更加合理的射流泵基本理論。為此，鄧匕華于1989年翻譯并發(fā)表了H.Petrie的系列研究文章、牛寶榮翻譯并發(fā)表了A.w.GruPPing的文章，張懷文于1990年翻譯并發(fā)表了D.T.Hatsia的研究文章[17-19]，將國外的最新研究成果介紹到國內(nèi)，從而奠定了射流泵應(yīng)用的設(shè)計依據(jù)，提高了國內(nèi)對射流泵的研究與應(yīng)用。但是，這些研究都局限十對射流泵的外特性研究，給出的特性方程大多適合于等密度體系。1990年以后，隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，湍流模型的不斷完善1691，尤其是湍流模式理論的出現(xiàn)與發(fā)展，以及各種數(shù)值計算方法的不斷完善，使得對湍射流場直接進行數(shù)值計算成為可能。實驗測量技術(shù)與流動顯示技術(shù)的發(fā)展，為開展湍射流場實驗提供了良好的手段。射流泵內(nèi)部流場是一個非常復(fù)雜的湍射流場，其基本特性與很多因素有關(guān)，因此，對射流泵特性的研究是多方面的，但大致包括射流泵湍流模型、射流泵的基本特性、射流泵最優(yōu)化參數(shù)解、湍流模式理論、射流泵湍射流場的數(shù)值模擬、射流泵實驗研究等方面。1.2.2射流泵的基本特性射流泵基本特性指壓力比、效率同流量比之間的關(guān)系。J.E.Gosline(戈斯利尼)，M.o，Brien(奧布賴恩)于1933-1934年在美國加里福尼亞大學(xué)水力學(xué)試驗室，對射流泵進行了試驗研究，試驗用的射流泵有兩種，它們是喉管呈圓柱形，和用銅片鑲在兩片平行的平板.卜的射流泵。采用的面積比為m=8.06-1.04的射流泵，共進行了786次試驗。他們假設(shè)噴嘴出口外緣很薄，并假設(shè)噴嘴出口斷面與喉管進口斷面重合，即喉噴嘴距等于零。在此基礎(chǔ)上，導(dǎo)出了射流泵的基本特性方程。這種方法考慮的因素比較全面，它為近代射流泵的研究打下了基礎(chǔ)。但該研究與實際情況不符，因而其普遍性受到了限制。此外，這種方法的表達(dá)式較為復(fù)雜，有些因素如壓水管及吸水管阻力系數(shù)、計入了射流泵基本性能方程中，使得基本性能方程有一定的局限性。R.Geunningham[17]在J.E.005Gosline和M.O’Brien[2]的研究成果基礎(chǔ)上，于1953-1954年在美國賓夕亞大學(xué)對射流泵進行了·系列試驗研究，試驗用射流泵的面積比R=0.1-0.6，他導(dǎo)出了基本性能方程，1975年又根據(jù)射流泵存在一定的喉噴距的實際情況，提出了壓力損失系數(shù)的概念。當(dāng)喉嘴距為零時，；不為零，。RGcunningham還考慮了喉管入口結(jié)構(gòu)對射流泵性能的影響，提出對射流損失系數(shù)進行修正，這種觀點是正確的。但他只是根據(jù)經(jīng)驗提出一個系數(shù)，而沒有闡明它的物理概念，也沒有提出其具體表達(dá)式。1950年，K.E.srown和H.L.Petre出版了《人工舉升工藝》[18]一書，在射流泵應(yīng)用一章，他們在J.E.Gosline和M.O’Brien研究成果的基礎(chǔ)上，利用能量守恒原理并采用Lorenz的混合損失模型，推導(dǎo)并給出了計算壓頭比的射流泵基本性能方程。該方法與J.E.Gosline和M.O’Brien方法一樣，采用了壓頭比H，而計算壓頭比時需要確定很多參數(shù)，給計算帶來了困難。H.L.Petrle，P.M.WIIson和E.E.Smart[3]于1983-1984年，連續(xù)發(fā)表了3文章，系統(tǒng)地闡述射流泵的工作原理，推導(dǎo)出了基本性能方程，以及系統(tǒng)選擇設(shè)計方法。該方法與R.GCunningham給出的方法相類似，只是在該方法中沒有考慮喉嘴距的影響。以上各種方法雖然在一定程度上為工程應(yīng)用提供了設(shè)計依據(jù)，但它們都局限于等密度體系。在實際應(yīng)用中，動力液與吸入液的密度往往不相等，如用水動力液抽取原油，或用輕質(zhì)油動力液抽取重油等，在這種情況下，用前面在等密度體系中得到的特性方程來計算和設(shè)計射流泵工作系統(tǒng)時，將會產(chǎn)生很大誤差，甚至嚴(yán)重影響射流泵的正常工作和生產(chǎn)。因此，研究射流泵在非等密度體系條件下的特性方程，是十分必要的。orupping，A.w.等人在H.L.Petrle，RM.wilson和E.E.smart等人研究成果的基礎(chǔ)上，將特性方程擴展到非等密度體系中，給出了無量綱壓力比的計算公式，但依然采用了無量綱質(zhì)量流量比。該方法的缺陷在于沒有區(qū)分射流泵的沉沒壓力與混合壓力。由于采用了無量綱質(zhì)量流量比，在計算效率時，將混淆效率的概念。為此，蔡啟倫利用能量方程與動量定理對其進行了修正，給出了較為合理的特性方程。1.2.3射流泵的基本應(yīng)用我國在60年代為解決甘肅省河西走廊提取地下水問題,開始將射流泵和離心泵相結(jié)合研制射流式井泵,由于加裝了射流泵使整個井泵的吸程為離心泵吸程和射流泵增能部分之和,這一設(shè)備可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的潛水泵從深10m以上的井中抽水?，F(xiàn)在射流泵加壓及提高汽蝕性能這一方面的應(yīng)用更加廣泛。中原油田分公司劉春旺等采用文丘里管射流泵裝置回收低壓天然氣,該裝置可將來自油水儲罐的汽化天然氣壓縮成中壓氣,輸送到不同用途的輸氣系統(tǒng)中;另外,這一裝置還可用來回收乙二醇脫水器、加熱處理器及低壓分離器等的排出氣體。2002年5月15日,該裝置開始在美國得克薩斯ElEbanito[19-20]油氣開采設(shè)備中使用,它每天回收的氣量可創(chuàng)收336780美元。江蘇大學(xué)孔繁余等針對大型碳酸鹽泵機組和進出口管線發(fā)生異常噪聲和振動現(xiàn)象,分析是由于泵汽蝕所致,提出在泵進口管線處增設(shè)射流裝置,將泵自身出口的一部分高壓液體引入到射流裝置,并與來自儲罐的液體混合,增加液體壓頭后提供給泵進口,以提高泵的有效汽蝕余量,有效地解決了泵機組及進出口管線的異常噪聲、振動問題,消除了化工系統(tǒng)的安全生產(chǎn)隱患。此外,射流泵噴嘴處的高速液流能形成低壓,將其應(yīng)用于自吸離心泵可有效地縮短自吸時間。江蘇大學(xué)的劉建瑞等在以汽油機為動力的離心泵的基礎(chǔ)上增設(shè)了一個帶文吐里管的自循環(huán)射流器,利用泵壓水室有壓流體通過射流器噴嘴高速射向泵的進口處,對離心泵的進口管路造成較強的抽吸真空,實現(xiàn)普通離心泵的自吸啟動,離心泵正常工作后,這時將自循環(huán)射流器上的閥關(guān)閉,自循環(huán)射流器停止工作。經(jīng)試驗,加裝射流裝置后的自吸離心泵的自吸時間短,性能曲線穩(wěn)定、平坦,高效率區(qū)范圍寬、工況佳;整臺泵的自吸高度在5m時自吸時間是90s及95s,比國家標(biāo)準(zhǔn)快10s及5s,泵的效率提高3%以上。1.2.4射流泵研究存在的問題雖然許多研究者做了大量的工作，但由于射流泵內(nèi)部為一復(fù)雜的湍射流場，對射流泵性能和湍射流場特性的研究還有待于進步進行?？v觀射流泵研究與應(yīng)用的歷史，存在以下幾個方面的問題[21]:(l)基本理論研究不夠完善。射流泵的基本理論主要體現(xiàn)在外特性方面，即射流泵的基本特性方程。目前還沒有統(tǒng)一的特性方程，而射流泵的基本特性方程又是其它特性研究的出發(fā)點，因此，基本特性方程的不完善，導(dǎo)致了其它特性研究也不夠完善。(2)實驗研究不夠深入。如上所述，盡管己出現(xiàn)了各種先進的流動顯示技術(shù)及測量手段，但由于射流泵泵體結(jié)構(gòu)的特點，這些先進的實驗技術(shù)手段尚未被廣泛應(yīng)用于射流泵湍射流場的研究與測試中，而實驗結(jié)果又是驗證理論與數(shù)值計算結(jié)果的最為可靠的依據(jù)，因此，實驗技術(shù)的落后，限制了射流泵的理論研究。(3)數(shù)值模擬。眾所周知，數(shù)值模擬方法以其省時省力被廣泛應(yīng)用于流場計算中，但是，對于象射流泵這樣復(fù)雜的湍射流場，數(shù)值計算仍然相當(dāng)費時。同時，由于實驗技術(shù)手段的滯后(未被充分利用)，又限制了數(shù)值計算的發(fā)展。1.2.5射流泵的前景展望綜合國內(nèi)外各種研究分析表明,射流泵的發(fā)展趨勢大體有以下幾點[22]：(1)繼續(xù)擴大對射流泵使用范圍的研究,將其與各種工作泵和其他設(shè)備組合使用，以滿足不同的實際工作要求。(2)采用先進的測試設(shè)備,深入研究射流泵內(nèi)部的實際流動狀況，為理論分析提供試驗依據(jù)。(3)進一步剖析射流泵各結(jié)構(gòu)參數(shù)間的聯(lián)系,提高射流泵的效率。(4)利用合理的設(shè)計方法,研制各種新機理、新結(jié)構(gòu)的射流泵,提高其整體性能。1.3畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容(1)查閱、收集有關(guān)射流泵的資料，理解射流泵原理與結(jié)構(gòu)，了解國內(nèi)外射流泵的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，搞清本次畢業(yè)設(shè)計所要設(shè)計的內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上完成開題報告。(2)查閱有關(guān)射流泵的外文資料并選定一篇進行翻譯。(3)分析常規(guī)采油射流泵的結(jié)構(gòu)特點及其所存在的缺陷，提出固定型環(huán)形多噴嘴射流泵采油裝置的的設(shè)計方案。(4)畫出結(jié)構(gòu)草圖，并根據(jù)任務(wù)書所給數(shù)據(jù)進行計算和校核，確定射流泵的各零部件具體尺寸，如有需要，對初步方案和草圖進行修改。(5)畫出射流泵的裝配圖和各零部件的零件圖。(6)完成畢業(yè)設(shè)計論文。1.4所采用的研究方法本次設(shè)計主要采用的方法是文獻(xiàn)研究法，通過查閱和收集有關(guān)射流泵原理結(jié)構(gòu)和在油氣舉升應(yīng)用方面的論文、專利、期刊和書籍，了解普通射流泵采油裝置的原理、結(jié)構(gòu)以及存在的問題，針對問題提出固定型環(huán)形多噴嘴射流泵采油裝置的設(shè)計方案。2.射流泵主要參數(shù)、構(gòu)造以及工作原理2.1射流泵的結(jié)構(gòu)及工作原理射流泵是一種特殊的水力泵，它沒有運動件，而是通過動力液與地層吸入流體之間的動量轉(zhuǎn)換實現(xiàn)抽油的。完整的射流泵系統(tǒng)可分為地面部分、中間部分和井下部分。其中，井下部分為射流泵，它沉浸于井液中，射流泵主要由噴嘴、喉管和擴散管三個部件組成，其典型結(jié)構(gòu)和工作流程如圖2-1所示。1-動力液管2-噴嘴3-混合室4-喉管5-擴散管6-吸入管圖2-1射流泵工作流程示意圖工作時，動力液從動力液管注入，經(jīng)射流泵上部流至噴嘴噴出，射入與地層液相連通的混合室。在噴嘴處，動力液的總壓頭幾乎全部變?yōu)樗俣人^此壓力很低，進入混合室的原油則被動力液抽吸，混合后流入喉管。喉管直徑總是要大于噴嘴直徑，動力液和地層流體在喉管內(nèi)充分混合后，速度水頭降低，而壓力水頭有所回升。在此過程中，動力液失去動量和動能，而地層流體得到動量和動能。但是，由于此時總水頭仍主要是以速度水頭的形式存在，壓力水頭較低還不能將混合液舉升到地面。射流泵的最終工作斷面為精細(xì)的擴散管斷而，由于擴散管斷面面積逐漸增大，使得速度水頭轉(zhuǎn)換為壓力水頭，從而可使混合液舉升到地面上來。按照工作流體的種類不同，射流泵可分為液體射流泵和氣體射流泵(噴射泵)兩種。按下泵深度的需要，射流泵可分為大面積比射流泵和低面積比射流泵。大面積比射流泵用于淺井或地面物料的輸送，射流泵不需要太高的舉升能力，但需要較高的流量比;而深井需較高的舉升能力，這就要求較高的動力液壓力，則動力液流量相對較小，因此常采用低面積比射流泵。按照循環(huán)方式不同，射流泵又可分為正循環(huán)(標(biāo)準(zhǔn)循環(huán))和反循環(huán)兩種方式，正循環(huán)方式是以中心油管為動力液管柱，以油、套環(huán)形空間為乏動力液返出管柱；反循環(huán)方式則是以油、套環(huán)形空間為動力液管柱，而乏動力液則由油管返排到地面。利用射流泵進行油井排砂的系統(tǒng)，只能采用反循環(huán)方式安裝。但是，無論是正循環(huán)還是反循環(huán)安裝方式，射流泵的工作原理是相同的。根據(jù)以上分類，用于油井排砂的射流泵，應(yīng)當(dāng)采用液體作為動力液的低面積比值反循環(huán)射流泵。2.2射流泵的基本特征參數(shù)射流泵的壓力流量與泵的幾何尺寸之間的關(guān)系反映了射流泵內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程的主要工作構(gòu)件(噴嘴、喉管及擴散管)對其性能的影響。射流泵的生產(chǎn)廠家提供的射流泵往往有多種噴嘴和喉管組合，以適應(yīng)于各種不同的油井條件。對于每一種規(guī)格的噴嘴都配有多種規(guī)格的喉管，以獲得不同的工作特性。然而，對這些規(guī)格并沒有標(biāo)準(zhǔn)化，因而導(dǎo)致了大量的特性曲線。因為每條曲線實際上是取決于噴嘴壓力的一組曲線，因而就使得具體油井的選泵工作出現(xiàn)了混亂。為此，人們便使用無量綱參數(shù)來描述射流泵的工作特性。圖2-2為射流泵的結(jié)構(gòu)示意圖，本文定義的基本特性參數(shù)如下：1-動力液管2-噴嘴3-混合室4-喉管5-擴散管6-吸入管圖2-1射流泵結(jié)構(gòu)示意圖2.2.1無量綱壓力比P和無量綱壓頭比H無量綱壓力比P定義為：地層液壓力增量(P1-P2)與動力液壓力的降低量之(P2-P3)比，即P=（P2-P3)/（P1-P2）（2-1）式中：P1為動力液進泵壓力，MPa；P2為泵排出壓力，MPa；P3為吸入液進泵壓力，MPa。無量綱壓頭比H定義為：泵內(nèi)地層液壓頭的增量(H2–H3)與動力液壓力的降低最(H1-H2)之比，即H=（H2–H3）/（H1-H2）（2-2）式中：H1為動力液進泵壓頭，mm；H2為排出口壓頭，mm；H3為吸入液進泵壓頭，mm。2.2.2無量綱體積流量比M和無量綱質(zhì)量流量比G流量比M定義為：地層流體的體積流量q3與動力液的體積流量q1之比，即，M=q3/q1（2-3）目前，在射流泵的特性方程中，常采用體積流量比M，簡稱流量比。流量比G定義為：地層流體的質(zhì)量流量G3與動力液的質(zhì)量流量G1之比，即，G=G3/G1（2-4）2.2.3無量綱面積比RR的定義為：噴嘴出口流道截面積AJ與喉管流道面積At之比，即，R=AJ/At（2-5）當(dāng)忽略噴嘴出日外緣厚度時，有AS+AJ=At（2-6）式中：AS為喉管入口處吸入液所占的流動截面積。因此，存在如下關(guān)系：vS=Rvj/(1–R)，vt=R(1+M)vj（2-7）式中：vj為動力液在噴嘴出口處斷面平均流速；vS為吸入液在射流泵入口斷面平均流速；vt為混合液在喉管中斷面平均流速。2.2.4無量綱密度比ρr定義為:地層流體的密度與動力液的密度之比，即=/（2-8）2.2.5無量綱喉嘴距LdLd定義為噴嘴出口跟喉管入口的距離L與噴嘴直徑dj之比，即Ld=L/dj（2-9）3.總體設(shè)計方案3.1確定循環(huán)方式3.1.1正循環(huán)和反循環(huán)射流泵動力液的流動方式有正反循環(huán)之分。所謂正循環(huán)，就是動力液從地面經(jīng)油管被注入井下射流泵中，混合液從環(huán)空中反排到地面；反循環(huán)正好相反。3.1.2選擇循環(huán)方式本次設(shè)計考慮到混合液流量比動力液大、油套環(huán)空截面積比油管截面積大，所以為了減小混合液反排過程的阻力損失，選擇正循環(huán)方式。3.2環(huán)形多噴嘴射流泵對傳統(tǒng)單噴嘴射流泵的優(yōu)勢傳統(tǒng)液體射流泵只有一個噴嘴,由于其原始結(jié)構(gòu)尺寸較大，效率較低不利于射流泵的安裝與應(yīng)用。多噴嘴射流泵相比較具有工作壓力高、當(dāng)量噴嘴大小可以調(diào)節(jié)、噴嘴不會堵塞、磨損小、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、重量輕等優(yōu)點，具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景和較高的研究價值[13]。環(huán)形多噴嘴射流泵的工作流體通過多個噴嘴射出,有壓液體通過多噴嘴射出多股流體,在噴嘴口處由于射流邊界層的紊流擴散作用,與周圍被吸流體發(fā)生動量交換,工作流體與引射流體相接觸的表面比相應(yīng)的單噴嘴射流泵大,工作流體與引射流體能比較迅速地進行能量和動量交換,使混合流體速度較早均勻。對于喉管直徑一定的多噴嘴射流泵,其喉管長度比中心射流泵短,即多股流體能夠在很短的距離內(nèi)混合均勻[23]。3.3選擇動力液射流泵對動力液的要求不高，只要不含腐蝕性物質(zhì)和雜質(zhì)顆粒的液體一般都可以。為了節(jié)省資源，降低生產(chǎn)成本，提高資源利用率，可將生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水污水進行處理后作為射流泵的動力液。4.水力學(xué)計算4.1計算中的假設(shè)條件（1）由于動力液和吸入液是水，所以可以假設(shè)動力液和吸入液為不可壓縮流體；（2）動力液和排出液在油管和環(huán)空中是穩(wěn)定流；（3）計算油管和環(huán)空中阻力損失時假設(shè)液體溫度均為20℃，其他計算中井下溫度按60℃計算；（4）動力液和地層液混合時不考慮熱交換。4.2射流泵采油系統(tǒng)示意圖與符號介紹4.2.1主要符號介紹下文計算中用到的主要符號介紹如下：P0—地面動力液壓力，MPa；PS—吸入液壓力，MPa；P1—進入泵的動力液壓力，MPa；PJ—噴嘴出口處動力液壓力，MPa；Pt—喉管入口處壓力，MPa；Pd—喉管出口處壓力，MPa；P返—返排到地面的余壓，MPa；Pm—排出液（擴散管出口處）壓力，MPa；Qn—動力液流量，m3/min；QS—吸入液流量，m3/min；Qm—排出液流量，m3/min；Q—每個子噴嘴動力液流量m3/min；—噴嘴直徑，mm；—水力吸入直徑，mm；—喉管直徑，mm；—擴散管出口直徑，mm；γ0—動力液重度，N/m3；γm—排出液重度，N/m3；γS—吸入液重度，N/m3；—動力液密度，kg/m3；—排出液密度，kg/m3；—吸入液密度，kg/m3；Aj—噴嘴出口斷面面積，mm2；AS—吸入面積，mm2；At—喉管斷面面積，mm2；D1—套管內(nèi)徑，mm；D2—油管內(nèi)徑，mm；H—射流泵工作點距離地面垂直距離，m；v1—動力液在油管中的流速，m/s；v2—排出液在環(huán)空中的流速，m/s；vd—導(dǎo)液管中工作液體的流速，m/s。4.2.2射流泵采油系統(tǒng)示意圖固定型環(huán)形多噴嘴射流泵采油系統(tǒng)如圖4-1所示：圖4-1射流泵采油系統(tǒng)示意圖4.3已知條件根據(jù)任務(wù)書和工程背景可得以下已知條件：（1）動力液的流量：Qn=0.25m3/min；（2）泵的排量：QS=240m3/d；（3）動力液在井口處的壓力：P0=20MPa；（4）吸入液的壓力：PS=6MPa；（5）套管內(nèi)徑：D1=124.26mm；（6）油管內(nèi)徑：D2=62mm；（7）油管外徑：D`2=73mm；（8）動力液重度：γ0=9810N/m3；（9）吸入液重度：γS=9810N/m3；（10）井深：H=1800m。4.4射流泵參數(shù)計算4.4.1計算噴嘴入口處壓力P1選擇圖1中0-0斷面、1-1斷面為計算斷面。選擇射流泵中心線所在的水平面作為計算基準(zhǔn)。列0-0和1-1斷面上的伯努利方程，（4-1）式中：—斷面0-0相對于參考平面的高度，m；—斷面1-1相對于參考平面的高度，m；—動力液在油管中的流速,m/s；—地面動力液壓力，MPa；—斷面1-1處動力液壓力，MPa；—0-0斷面和1-1斷面之間的阻力損失，mm。由已知條件可得：=1800mP0=20MPa對0-0和1-1斷面之間的管路：（4-2）式中：—動力液的流量，；—油管的內(nèi)徑，。由已知條件得：=0.25m3/min=62mm解（4-2）式得：阻力損失：（4-3）式中：—沿程阻力損失，m；—局部阻力損失，m。根據(jù)達(dá)西定理：（4-4）式中：—沿程阻力系數(shù)。可根據(jù)尼古拉斯實驗曲線求解，尼古拉斯實驗曲線可以分為五個阻力區(qū)，每個阻力區(qū)所在范圍不同，特點也不同，導(dǎo)致了每個區(qū)有不同的沿程阻力系數(shù)。具體情況如下：Ⅰ區(qū)層流區(qū)0<Re<2320Ⅱ區(qū)臨界區(qū)2320<Re<4000Ⅲ區(qū)水力光滑管區(qū)Ⅳ區(qū)過渡區(qū)Ⅴ區(qū)水力粗糙管區(qū)其中：—管路水力直徑，mm；此處；—管材的絕對粗糙度，mm；查《水力學(xué)與水利機械》[24]表5-2可得對于無縫鋼管油管，=0.04-0.17mm取；—雷諾數(shù)。雷諾公式為：（4-5）其中：—動力液運動粘度；此處可將動力液當(dāng)水來處理，查《水力學(xué)與水利機械》[24]表1-3得標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下20℃的水的運動粘度為：。將各參數(shù)的值代入式（4-5）得雷諾數(shù)為：計算得：=28005.19=909789所以，所以0-0斷面、1-1斷面之間的流動屬于過渡區(qū)，其沿程阻力系數(shù)為：將代入（4-4）式=67.221m根據(jù)包達(dá)定理：（4-6）式中：—為導(dǎo)液管中工作液體的流速；—局部阻力系數(shù)，查《水力學(xué)與水利機械》[24]表5-4因為從油管進入導(dǎo)液管屬于“突然縮小”這種狀況，所以可得：式中：為導(dǎo)液管內(nèi)徑，一般取20mm，所以，=0.448因為工作液體流量一定，所以算得：=13.261m/s4.019m將hf和hj帶入（4-3）式中，得：聯(lián)立(4-1)-(4-6)各式可解得4.4.2確定泵的最優(yōu)參數(shù)本次設(shè)計引用美國國民油井公司的射流泵的最優(yōu)面積比[25]：4.4.3計算混合液流量Qm根據(jù)已知條件中動力液的流量和泵的排量可計算得泵的混合液流量為：4.4.4射流泵基本尺寸計算（1）確定射流泵的外徑和壁厚：由于油管內(nèi)徑為，泵的壁厚一般為，本次設(shè)計取壁厚。（2）噴嘴直徑和喉管直徑：由于是多噴嘴射流泵，設(shè)定噴嘴數(shù)為4個，所以忽略噴嘴外緣厚度時，每個噴嘴出口面積、喉管斷面面積以及吸入面積的關(guān)系如下：（4-7）=（4-8）引用蔡啟倫《噴射泵設(shè)計計算公式的改進》[26]中最小吸入面積的計算公式：（4-9）式中：QS—泵的排量，2.77810-3；PS—吸入液的壓力，6MPa；γS—吸入液的重度，9810。將以上數(shù)據(jù)帶入（4-9）式得：聯(lián)立（4-7）（4-8）式得：=45.926mm2所以最小噴嘴直徑為：（4-10）取=3.1mm。最小喉管直徑為：（4-11）取=7.7mm。（3）喉嘴距和噴嘴角度引用《多噴嘴射流泵數(shù)值模擬及試驗研究》[27]中噴嘴數(shù)為時給出的最優(yōu)喉嘴距和噴嘴角度，（4-12）（4）喉管長度陸宏圻《射流泵技術(shù)的理論及應(yīng)用》[16]中給出的最優(yōu)喉嘴距為：（4-13）這里取7，所以，Lc=7dt=77.7=53.9mm（5）擴散管長度此處引用陸宏圻《射流泵技術(shù)的理論及應(yīng)用》[16]中公式：（4-14）式中：—擴散管出口直徑，考慮油管最大外徑為、壁厚為5.5mm，此處選取=30mm；—擴散角，一般采用均勻擴散角，此處選取=。所以，取159.5mm。4.4.5驗算射流泵的驗算主要由兩個方面，一是檢驗噴嘴出口處壓力（吸入室）壓力是否低于地層液的壓力，二是混合液反排到地面的余壓是否合適，一般余壓為較合適。（1）驗算動力液在噴嘴出口處壓力本次設(shè)計引用王常斌《油井排沙用射流泵的研究》[19]博士論文中推倒出的公式（4-15）方程經(jīng)過變換，得：（4-16）式中：—噴嘴入口出動力液壓力，P1=36.871MPa；—噴嘴出口處動力液壓力，MPa；—噴嘴摩擦損失系數(shù)，取Sanger的實驗值=0.09；—動力液密度，=1.0×103kg/m3；—動力液在噴嘴里的平均速度。由求得：==274.166m/s將=274.166m/s代入（4-16）式，得=－1.84MPa即，==－1.84MPa。表4-1Sanger的摩擦損失系數(shù)表0.0080.090.0980.102—（2）求擴散管入口壓力由于伯努利方程不適用于喉管，因此在喉管進出口之間（即3-3和4-4斷面之間）應(yīng)用動量定理：（4-17）式中：—噴嘴出口處動力液壓力，=－1.84MPa；—喉管出口壓力，；—喉管斷面面積，=46.542mm2；—噴嘴出口面積，=3.799mm2；；—吸入面積，=31.344mm2；—動力液在噴嘴中的流速，274.166；—吸入液在喉管入口出流速，=88.622m/s；—混合液在喉管中的流速，=149.208m/s；—吸入液的密度，；—混合液的密度，；—喉管摩擦損失系數(shù)，取Sanger的實驗值=0.098。由于工作液與吸入液的密度均為，所以混合液的密度也為，即=；將各參數(shù)的值代入（4-17）式，得：=8.700MPa（3）求擴散管出口壓力選擇圖1中4-4斷面、5-5斷面為計算斷面，選擇射流泵中心線所在的水平面作為計算基準(zhǔn)，列4-4和5-5斷面上的伯努利方程（4-18）式中：—斷面4-4相對于參考平面的高度，m；—斷面5-5相對于參考平面的高度，在工程應(yīng)用中可認(rèn)為=；—擴散管出口處混合液的流速，m/s；—排出液在喉管中的流速，前文已知149.208m/s；—擴散管出口壓力，MPa；—擴散管入口壓力，前文已知=8.248MPa；—排出液重度，前文中已知=9810N/m；—排出液在擴散管中的摩阻損失，m。對5-5斷面，有（4-19）式中：—混合液流量，前文已知=；—擴散管出口直徑，前文已知=30mm；—擴散管出口處混合液的流速，m/s。所以，=9.829m/s擴散管中的摩阻損失為（4-20）式中：—擴散管摩擦損失系數(shù)，取Sanger的實驗值=0.102；—混合液流量，前文已知=；—混合液的密度，前文已知；—擴散管出口處混合液的流速，前文已知=9.829m/s。將以上參數(shù)代入（4-20）式，得=68.431m將各個參數(shù)代入（4-18）式，計算得：=19.123MPa（4）求排出液反排到地面的余壓選擇圖1中5-5斷面、6-6斷面為計算斷面；選擇射流泵中心線所在的水平面作為計算基準(zhǔn)。列5-5和6-6斷面上的伯努利方程（4-21）式中：—斷面5-5相對于參考平面的高度，m；—斷面6-6相對于參考平面的高度，m；—排出液在油套管環(huán)空中的流速，m/s；—斷面5-5處排出液壓力壓力，前文已知=19.123MPa；—反排到地面的余壓，MPa；—排出液重度，前文已知得=9810N/s；—5-5斷面和6-6斷面之間的阻力損失，m。由已知條件可得：=1800m對5-5和6-6斷面之間的管路：（4-22）由上述計算結(jié)果和已知條件知：=0.00694m3/s124.26mm=73mm代入（4-22）式，得：解得：=0.874m/s阻力損失（4-23）式中：—5-5和6-6斷面間管路沿程阻力損失，m；—5-5和6-6斷面間管路局部阻力損失，m。根據(jù)達(dá)西定理：（4-24）式中：——沿程阻力系數(shù)。可根據(jù)尼古拉斯實驗曲線求解，尼古拉斯實驗曲線可以分為五個阻力區(qū)，每個阻力區(qū)所在范圍不同，特點也不同，導(dǎo)致了每個區(qū)有不同的沿程阻力系數(shù)。具體情況如下：Ⅰ區(qū)層流區(qū)0<Re<2320Ⅱ區(qū)臨界區(qū)2320<Re<4000Ⅲ區(qū)水力光滑管區(qū)Ⅳ區(qū)過渡區(qū)Ⅴ區(qū)水力粗糙管區(qū)其中：—管路直徑，此處；—管材的絕對粗糙度，查《水力學(xué)與水利機械》[24]表5-2可得對于無縫鋼管油管，=0.04-0.17mm取0.1mm；—雷諾數(shù)，此處，其中為動力液運動粘度，查《水力學(xué)與水利機械》[24]表1-3可得=1.0×10-6m2/s。所以，經(jīng)計算得：=27747.47=667536.87所以，所以環(huán)空中的流動屬于，其沿程阻力系數(shù)為：=0.02669所以（4-24）式為：=36.526m由于從擴散管出口至地面局部壓力損失可以不計，所以（4-23）式為：聯(lián)立以上（4-21）-（4-24）式，解得：1.154MPa由于在計算中部分摩阻損失忽略計算，如油管接箍處的局部阻力損失、從擴散管到油套環(huán)空的阻力損失，為了滿足生產(chǎn)要求，所以混合液反排余壓應(yīng)保留稍微大一些，即合適，本次設(shè)計的射流泵滿足要求。5.結(jié)構(gòu)設(shè)計及其計算1-上接頭；2-導(dǎo)液管1；3-噴嘴擋塊；4-噴嘴安裝套；5-噴嘴；6-環(huán)形墊圈1；7-喉管；8-擴散管1；9-擴散管2；10-導(dǎo)液管2；11-中心筒；12-工作筒；13-連接橋；14-環(huán)形墊圈2；15-下接頭。圖5-1固定型環(huán)形多噴嘴射流泵示意圖5.1確定泵工作筒的外徑和壁厚取射流泵的工作筒外徑為，壁厚一般為，本次設(shè)計取壁厚為。5.2設(shè)計環(huán)形多噴嘴（1）噴嘴設(shè)計取噴嘴長度為8mm，噴嘴壁厚取1.5mm，由前文計算所得噴嘴直徑，噴嘴材料為硬質(zhì)合金。所以設(shè)計的噴嘴如圖5-1所示。圖5-2噴嘴示意圖（2）噴嘴安裝套設(shè)計噴嘴安裝套的主要作用在于安裝，固定噴嘴。由于噴嘴數(shù)目為4，噴嘴直徑，噴嘴壁厚為1.5mm，噴嘴長度為8mm，所以設(shè)計噴嘴安裝套直徑為，設(shè)計以鉆了4個與噴嘴外徑相同圓孔的圓柱作為多噴嘴安裝套，材料為45#剛。如圖5-2所示。圖5-3噴嘴安裝套示意圖5.3設(shè)計進液和排液通道進液和排液通道截圖見圖5-3，地層液和混合液交叉通過，需要設(shè)計一個橋結(jié)構(gòu)，使地層液能夠通過，且混合液能夠排出。如圖5-3所示，地層液從墊圈中進入，墊圈上開有4個過液長孔，墊圈外徑比泵的工作筒內(nèi)徑小。進液和排液橋1的外邊緣開有8個圓形通孔，用來通過吸入液，橋的中心鉆孔，并在四周均勻布置四個孔。地層液進入墊圈與泵工作筒的環(huán)形空間后經(jīng)進液和排液橋1邊緣的四個通槽流進工作筒與內(nèi)筒（用來裝喉管、擴散管的圓筒）的環(huán)形空間，該環(huán)形空間與射流泵的吸入室相連通，所以地層液就可以最終流至吸入室。1-進液和排液橋；2-工作筒；3-墊圈.圖5-4進液和排液通道5.4設(shè)計上接頭和下接頭上接頭如圖5-5所示，左端跟油管采用螺紋配合，由于油管的螺紋式UPTBG的標(biāo)準(zhǔn)，所以左端螺紋是UPTBG的標(biāo)準(zhǔn)螺紋。圖5-5上接頭結(jié)構(gòu)示意圖下接頭如圖5-6所示，右端跟油管采用螺紋配合，由于油管的螺紋式UPTBG的標(biāo)準(zhǔn)，所以右端螺紋是UPTBG的標(biāo)準(zhǔn)螺紋。圖5-6下接頭結(jié)構(gòu)示意圖6.強度校核射流泵設(shè)計計算完成以后需要對關(guān)鍵部位、受力最大處和壓力較大處進行強度校核，以保證泵能在給定的工況下安全工作。本次設(shè)計需要進行強度校核的有以下部位：（1）射流泵工作筒的抗壓強度校核；（2）射流泵噴嘴安裝套擋塊的強度校核。6.1射流泵工作筒的抗壓強度校核工作筒外壁受到排出液壓力；內(nèi)壁受到吸入液壓力；如圖6-1所示：圖6-1工作筒受壓示意圖由于工作筒壁厚為，，，所以應(yīng)當(dāng)按照厚壁情況來處理。圖6-2表示一厚壁圓筒，和分別為圓筒所受的內(nèi)壓力和外壓力。以半徑為和的兩個相鄰圓柱面和夾角為的兩個相鄰徑向面，從圓筒中取出單元體，并設(shè)單元體沿軸線方向的尺寸（即垂直于圖面的尺寸）為一單位。-圓管內(nèi)部壓力；-遠(yuǎn)觀外部壓力；φ-單元體位置夾角；-單元體弧度坐標(biāo)；-單元體厚度；-單元體在弧度方向的厚度.圖6-2圓筒應(yīng)力分析圖如圖6-3所示，作用于單元體的柱面ab上的正應(yīng)力稱為徑向應(yīng)力，作用于徑向面上ab上的正應(yīng)力稱為周向應(yīng)力或環(huán)向應(yīng)力。根據(jù)軸對稱的性質(zhì)，和都只是的函數(shù)，與角無關(guān)。所以cd和ab面上的正應(yīng)力相同，bc面上的正應(yīng)力比ad面上的多一個增量。也由于對稱的原因，單元體的周圍四個面上無切應(yīng)力，和都是主應(yīng)力。6-3單元體應(yīng)力分析圖根據(jù)以上分析可知：單元體四個面上無切應(yīng)力，和分別是和方向的主應(yīng)力，并參考《材料力學(xué)》[28]力和的計算公式：（6-1）（6-2）式中：—厚壁圓筒的內(nèi)徑，mm；—厚壁圓筒的外徑，mm；—厚壁圓筒內(nèi)部壓力，MPa；—厚壁圓筒外部壓力，MPa；—單元體所在圓的直徑，mm。已知泵的工作筒：內(nèi)徑=72mm；外徑=82mm；內(nèi)部壓力=6MPa；外部壓力=19.123MPa。取泵工作筒的任一截面上距離軸線的單元體研究，根據(jù)以上結(jié)論可得該單元體在徑向和周向無切應(yīng)力，向和向的主應(yīng)力為因為工作筒是上下都是以螺紋方式連接在油管上，所以軸向不受力，即軸向無主應(yīng)力。因此工作筒截面上單元體的應(yīng)力為二向應(yīng)力狀態(tài)。由于工作筒材料選用45#鋼，屬于塑性材料，所以用第三強度理論進行校核，即（6-4）（6-5）式中：—數(shù)值最大的主應(yīng)力，MPa；—數(shù)值最小的主應(yīng)力，MPa。屈服準(zhǔn)則為：（6-6）將前面計算所得的和帶入（6-6）式子，得由于工作筒內(nèi)徑為72mm，外徑為85mm，所以最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力之差的最大值是當(dāng)mm時取得，即在工作筒內(nèi)壁上最容易發(fā)生材料破壞，最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力之差的最大值為因為45#鋼為塑性材料，所以其許用應(yīng)力為（6-6）式中：—45#鋼的許用應(yīng)力，MPa；—45#鋼的屈服極限，MPa；—安全系數(shù)。45#鋼的屈服極限可查《材料力學(xué)》[28]得到=353MPa。對于安全系數(shù)，因為泵的工作筒屬于水管部件，并且屈服極限=353MPa，所以此處安全系數(shù)可取=1.5，將各參數(shù)值代入式（6-9）解得45#鋼的許用應(yīng)力為=235MPa經(jīng)比較，，所以工作筒滿足強度要求，是安全的。6.2射流泵噴嘴安裝套擋塊的強度校核如圖6-4所示，噴嘴安裝套安裝在導(dǎo)液管1與噴嘴安裝套擋塊之間，受到噴嘴安裝套凸臺A-A面受到一個剪切力的作用，所以需要校核A-A面的剪切強度。圖6-4噴嘴安裝套如圖6-5所示為噴嘴安裝套擋塊A-A受力圖，噴嘴安裝套受到動力液壓力作用，而噴嘴安裝套將動力液壓力傳遞到噴嘴安裝套擋塊的凸臺上，取截面A-A研究，由于左方受噴嘴安裝套壓力作用，所以A-A截面上受到剪力的作用，剪力的大小為（6-7）式中：—m-m截面上的剪力，N；—動力液噴嘴入口處壓力，MPa；—噴嘴安裝套擋塊凸臺內(nèi)徑，mm；—噴嘴安裝套擋塊環(huán)A-A截面所在圓的直徑，mm。圖6-5噴嘴安裝套擋塊A-A截面受力示意圖動力液壓力在前文已計算出MPa，根據(jù)裝配圖可得噴嘴安裝套擋塊凸臺內(nèi)徑=27mm，噴嘴安裝套擋塊凸臺A-A截面所在圓的直徑=32mm。根據(jù)切應(yīng)力的公式，A-A截面的切應(yīng)力為（6-8）式中：—截面A-A內(nèi)的切應(yīng)力，MPa；—A-A截面的厚度，mm。—噴嘴安裝套擋塊凸臺A-A截面所在圓的直徑，mm；從裝配圖中可得在設(shè)計結(jié)構(gòu)時確定的密封圈擋環(huán)A-A截面的厚度為=3.8mm。噴嘴安裝套擋塊凸臺所受的合力為（6-9）式中：—動力液噴嘴入口處壓力，MPa；A—承受動力液壓力的噴嘴安裝套與噴嘴面積和，mm；由零件圖得承受動力液壓力的噴嘴安裝套與噴嘴面積和A=298.81mm2。所以N將帶入（6-8）式，解得截面A-A內(nèi)的切應(yīng)力為=28.854MPa噴嘴安裝套擋塊的材料為45#鋼，其許用切應(yīng)力查《理論力學(xué)》[28]為MPa，顯然，所以A-A截面滿足剪切強度要求，此處安全。7.結(jié)論射流泵設(shè)計理論研究已有100多年的歷史，它是一種依靠流體之間動量交換來工作的流體機械泵，由于它沒有運動，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、易于操作、便于維護和綜合利用等特點，被廣泛用于各個行業(yè)中，尤其是在石油行業(yè)的采油設(shè)備中，射流泵更有不可代替的優(yōu)越性。然而傳統(tǒng)液體射流泵只有一個噴嘴,由于其原始結(jié)構(gòu)尺寸較大，效率較低不利于射流泵的安裝與應(yīng)用。因此針對上述問題提出多噴嘴射流泵的研制。多噴嘴射流泵相比較具有工作壓力高、當(dāng)量噴嘴大小可以調(diào)節(jié)、噴嘴不會堵塞、磨損小、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、重量輕等優(yōu)點，具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景和較高的研究價值。本文專門設(shè)計了固定型環(huán)形多噴嘴射流泵采油裝置，并根據(jù)給定的工況數(shù)據(jù)計算設(shè)計出了射流泵的結(jié)構(gòu)尺寸，校核了結(jié)構(gòu)的強度。本文的主要成果如下：（1）闡述了射流泵研究的背景與意義，介紹了射流泵的發(fā)展歷史、基本特性和基本應(yīng)用，并且說明了射流泵目前存在的問題，以及對射流泵的前景進行了展望；（2）介紹了射流泵面積比、流量比、壓力比和容重比等射流泵參數(shù)；（3）介紹了固定型環(huán)行多噴嘴射流泵的工作原理，并且跟傳統(tǒng)但噴嘴進行比較，充分表現(xiàn)了固定型環(huán)行多噴嘴的優(yōu)勢；（4）設(shè)計了固定型環(huán)行多噴嘴的總體結(jié)構(gòu)，計算了泵的各個部件尺寸與有關(guān)水利參數(shù)；（5）對泵的關(guān)鍵部位、受力最大處和壓力較大處進行強度校核，以保證泵能在給定的工況下安全工作。參考文獻(xiàn)[1]RankineJM.Onthemathematicaltheoryofcombinedstreams[M].Landon:Tuwert,1870:24-26.[2]GoslineJE,ObrienMP.Thewaterjetpump[M].California:Hewron,1934:57-60.[3]CoffJA,CoognCH.Sometwodimensionalaspectsof