往复式泥浆泵出口流量测量方法
2018-03-02 02:38:03
钻井用的往复式泥浆泵，俗称钻井的 ;心脏 ；它的主要功能是向井下循环输送钻井泥浆，将钻井过程(guò chéng)中钻头破碎的岩屑从井底携带出来并为井下动力动力钻具提供动力。泵的出口流量是影响(influence)钻井效率的一个重要参数，也是最优化钻井工艺中必须优选的参数，泵的出口出压力很高(一般在20—25MPa)，且输送含砂量比较高的泥浆，采用普通的流量计对其流量进行直接计量存在两个问题(Emerson);一是高压密封问题，二是泥浆得沉积和堵塞问题。因此直接计量较为困难。
根据往复泵的工作原理，其在单位(unit)时间内输送的液体体积(既泵的理论平均流量Q理)与泵的活塞(piston)截面积S .活塞行程长度1，以及活塞每分种在缸套种往复的次数(称作泵的冲数或泵数)n有关。杭州南方由于叶轮进口不可能形成绝对真空，因此离心泵吸水高度不能超过10米，加上水流经吸水管路带来的沿程损失，实际允许安装高度（水泵轴线距吸入水面的高度）远小于10米。S和I是泵的结构参数，对于给定的泵是确定不变的量，因此，若能测量出泵的冲数n 。就可计算出泵的出口流量。
主题词 流量测量 泥浆流量 往复泵 间接测量
1. 泵冲数的测量
由于往复式泵的冲数与其驱动轴的转速成正比，因此可通过(tōng guò)测量其驱动轴的转速换算出泵冲数。南方泵业股份有限公司是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的 机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括 水、油、酸碱液、 乳化液、悬乳液和 液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。
1.1转速传感器的工作原理
泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量，图1和图2分别为霍尔转速传感器的结构原理和接线图。
传感器的定子（组成：定子铁芯、定子绕组和机座）上有2个互相垂直的饶组A和B，在绕组的中心线上粘有霍尔片Ha和Hb，转子（rotor）为永久磁钢，霍尔元件Ha和Hb的激励马达分别与绕组A和B相连，它们的霍尔电极（electrode）串联后作为传感器的输出。
下面推导传感器输出的霍尔电动势的表达式。当永磁转子（rotor）转动时，在转子和定子（组成：定子铁芯、定子绕组和机座）的气隙中变形成随时间按正弦规律变化的交便特性：波粒的辐射，设穿过霍尔元件Ha的磁通密度Bh 为
因为绕组A在空间上带后 Ha90º；故绕组A处的磁通密度Ba 为该交变磁场将在绕组 A中感应出交变电动势Ea由楞次定律而Ea在Ha中将产生交变激励电源;
由于霍尔元件H a本身也处于特性：波粒的辐射中，其霍尔电极（electrode）上将产生霍尔电动势;
式中;L1为绕组A的电感;R1 为绕组A和霍尔元件Ha 组成的回路等效电阻;K1为霍尔元件的灵敏度，它是与霍尔元件的材料(Material)及结构有关的参数。
类似地，由于霍尔元件Hb 所出得空间位置超前Ha90º；而绕组B又超前Hb90º；同理可推出Hb产生的霍尔电动势Ehb为
故传感器总的输出电动势为
它与被测转速成正比。
1.2转速传感器的现场安装
为了用转速传感器测量出泵驱动轴的转速，可在泵驱动轴上装上皮带轮或链轮来驱动转速传感器的转子（rotor）转动，这种安装方式方法既简便易行，又不影响(influence)泵的正常工作。南方泵业股份有限公司性能的技术参数有流量、吸程、 扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为 容积水泵、叶片泵等类型。 容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量； 叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有 离心泵、 轴流泵和 混流泵等类型。
2. 泵出口流量的计算
测出泵的冲数n 后，既可根据往复泵的结构和作用方式方法计算其出口的理论平均流量Q理 。南方泵业由此可见，若离心泵叶轮不断旋转，则可连续吸水、压水，水便可源源不断地从低处扬到高处或远方。综上所述，离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下，将水提向高处的。
对于单缸单作用泵，理论平均流量为
Q理 = Sln (m3/min )= Sln/60(m3/s )
式中;S为泵的 活塞(piston)面积;l为活塞行程长度。南方泵业开动前，先将泵和进水管灌满水，水泵运转后，在 叶轮高速旋转而产生的离心力的作用下，叶轮流道里的水被甩向四周，压入蜗壳，叶轮入口形成真空，水池的水在外界大气压力下沿吸水管被吸入补充了这个空间。继而吸入的水又被叶轮甩出经蜗壳而进入出水管。
对于多缸单作用泵，设缸数位M，则其理论平均流量为
Q理 = MSln (m3/min )
对于多缸双作用泵，活塞(piston)往复一次，各液缸输送液体两次，体积为(2S-S" )式中S"为活塞杆截面积，则M各缸的理论平均流量为
Q理=M(2S-S")ln (m3/min )
在实际测量中发现，往复式泥浆泵工作时，由于吸入阀和排除阀关闭的不及时，泵阀，活塞(piston)和其他蜜封出有高压液体陋失;泵缸中或液体内含有气体等原因，使泵的实际平均流量Q要低于理论平均流量，既
Q = aQ理
a的大小视泵的工作情况(Condition)，一般取 0.85-0.95。
3. 结束语
本文提出的通过(tōng guò)测量泵的冲数来间接测量泵的出口流量的方法，简单易行，避免了直接测量中传感器承受高压和液体腐化侵蚀 的问题(Emerson)，且拆装方便，易行维护，实际测量中发现，当泵的充满度不高或不恒定是，此法的测量偏差将增大，因此，当对测量精确要求高时，则应考率采用其他非接触式测量方法 。