往復(fù)式泥漿泵出口流量的一種非接觸測(cè)量方法

摘要 提出一種通過(guò)測(cè)量泵的沖數(shù)來(lái)間接測(cè)量泵的出口流量的方法，具體介紹了利用轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量泵沖數(shù)的原理，給出了泵出口流量的計(jì)算式。 鉆井用的往復(fù)式泥漿泵，俗稱鉆井的“心臟”，它的主要功能是向井下循環(huán)輸送鉆井泥漿，將鉆井過(guò)程中鉆頭破碎的巖屑從井底攜帶出來(lái)并為井下動(dòng)力動(dòng)力鉆具提供動(dòng)力。泵的出口流量是影響鉆井效率的一個(gè)重要參數(shù)，也是最優(yōu)化鉆井工藝中必須優(yōu)選的參數(shù)，泵的出口出壓力很高（一般在20—25MPa），且輸送含砂量較高的泥漿，采用普通的流量計(jì)對(duì)其流量進(jìn)行直接計(jì)量存在兩個(gè)問(wèn)題；一是高壓密封問(wèn)題，二是泥漿得沉積和堵塞問(wèn)題。因此直接計(jì)量較為困難。 根據(jù)往復(fù)泵的工作原理，其在單位時(shí)間內(nèi)輸送的液體體積（既泵的理論平均流量Q理）與泵的活塞截面積S ..活塞行程長(zhǎng)度1，以及活塞每分種在缸套種往復(fù)的次數(shù)（稱作泵的沖數(shù)或泵數(shù)）n有關(guān)。S和I是泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)于給定的泵是確定不變的量，因此，若能測(cè)量出泵的沖數(shù)n 。就可計(jì)算出泵的出口流量。 主題詞 流量測(cè)量 泥漿流量 往復(fù)泵 間接測(cè)量 1. 泵沖數(shù)的測(cè)量 由于往復(fù)式泵的沖數(shù)與其驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速成正比，因此可通過(guò)測(cè)量其驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速換算出泵沖數(shù)， 1.1轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理 泵驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量，圖1和圖2分別為霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理和接線圖。 傳感器的定子上有2個(gè)互相垂直的饒組A和B，在繞組的中心線上粘有霍爾片Ha和Hb，轉(zhuǎn)子為永久磁鋼，霍爾元件Ha和Hb的激勵(lì)電機(jī)分別與繞組A和B相連，它們的霍爾電極串聯(lián)后作為傳感器的輸出。 下面推導(dǎo)傳感器輸出的霍爾電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式。 當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)子和定子的氣隙中變形成隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的交便磁場(chǎng)，設(shè)穿過(guò)霍爾元件Ha的磁通密度Bh 為 因?yàn)槔@組A在空間上帶后 Ha90º，故繞組A處的磁通密度Ba 為 該交變磁場(chǎng)將在繞組 A中感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)Ea由楞次定律 而Ea在Ha中將產(chǎn)生交變激勵(lì)電源； 由于霍爾元件H a本身也處于磁場(chǎng)中，其霍爾電極上將產(chǎn)生霍爾電動(dòng)勢(shì)； 式中；L1為繞組A的電感；R1 為繞組A和霍爾元件Ha 組成的回路等效電阻；K1為霍爾元件的靈敏度，它是與霍爾元件的材料及結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)。 類似地，由于霍爾元件Hb 所出得空間位置超前Ha90º，而繞組B又超前Hb90º，同理可推出Hb產(chǎn)生的霍爾電動(dòng)勢(shì)Ehb為 故傳感器總的輸出電動(dòng)勢(shì)為 它與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比。 1.2轉(zhuǎn)速傳感器的現(xiàn)場(chǎng)安裝 為了用轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量出泵驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，可在泵驅(qū)動(dòng)軸上裝上皮帶輪或鏈輪來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，這種安裝方式既簡(jiǎn)便易行，又不影響泵的正常工作。 2. 泵出口流量的計(jì)算 測(cè)出泵的沖數(shù)n 后，既可根據(jù)往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)和作用方式計(jì)算其出口的理論平均流量Q理 。 對(duì)于單缸單作用泵，理論平均流量為 Q理 = Sln (m3/min )= Sln/60(m3/s ) 式中；S為泵的 活塞面積；l為活塞行程長(zhǎng)度。 對(duì)于多缸單作用泵，設(shè)缸數(shù)位M，則其理論平均流量為 Q理 = MSln (m3/min ) 對(duì)于多缸雙作用泵，活塞往復(fù)一次，各液缸輸送液體兩次，體積為（2S-S' ）式中S'為活塞桿截面積，則M各缸的理論平均流量為 Q理=M(2S-S')ln (m3/min ) 在實(shí)際測(cè)量中發(fā)現(xiàn)，往復(fù)式泥漿泵工作時(shí)，由于吸入閥和排除閥關(guān)閉的不及時(shí)，泵閥，活塞和其他蜜封出有高壓液體陋失；泵缸中或液體內(nèi)含有氣體等原因，使泵的實(shí)際平均流量Q要低于理論平均流量，既 Q = aQ理 a的大小視泵的工作情況，一般取 0.85-0.95。 3. 結(jié)束語(yǔ) 本文提出的通過(guò)測(cè)量泵的沖數(shù)來(lái)間接測(cè)量泵的出口流量的方法，簡(jiǎn)單易行，避免了直接測(cè)量中傳感器承受高壓和液體腐蝕的問(wèn)題，且拆裝方便，易行維護(hù)，實(shí)際測(cè)量中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)泵的充滿度不高或不恒定是，此法的測(cè)量誤差將增大，因此，當(dāng)對(duì)測(cè)量精確要求高時(shí)，則應(yīng)考率采用其他非接觸式測(cè)量方法