基于CFD的旋转阀泥浆脉冲器转子结构参数研究
旋转导向脉冲信号研究及故障诊断
旋转导向脉冲信号研究及故障诊断摘要：以旋转导向泥浆脉冲信号为研究对象，在分析泥浆脉冲器结构、原理以及信号传输过程的基础上，推算出信号衰减的主要因素，并结合现场施工经验总结出可能造成解码失败的各类干扰因素，最终归纳出一套针对泥浆脉冲信号解码故障的诊断方案。
该方案通过观察压力波形图的微弱变化、转子转数、泵压、泵冲等参数的变化规律以及泥浆性能、返砂和水龙带抖动等综合信息逐步缩小影响因素的范围，快速准确地确定故障原因。
关键词：旋转导向；脉冲信号；诊断一、泥浆脉冲器功能简介泥浆脉冲发生器作为旋转导向信息传输工具，可以将井下信息实时地通过压力信号传到地面，其传输方式主要有正脉冲、负脉冲和连续脉冲３种方式。
虽然３种脉冲器结构不同，但原理都是通过改变流道的过流面积，改变钻杆内部的泥浆压力，进而产生泥浆压力脉冲信号；然后通过安装在地面管汇上的压力传感器，把检测到的压力脉冲信号转化为电信号，传输到地面的数据处理系统做进一步的处理并对信号进行解码。
因此，无论是信号衰减还是外界干扰，都会影响信号质量，导致解码失败。
二、信号衰减因素井深、脉冲频率、塑性黏度以及气泡含量都与信号强度成反比关系，但是一般情况下，井深在工程开始前已经确定，而脉冲频率在仪器下装时也已经设定，塑性黏度要满足工程上携砂的需求也只能在一定范围内进行调整，只有气泡含量在工程上可以通过增加泥浆罐液面高度和加入消泡剂等方式消除。
由于以上影响因素中井深为不可控因素，塑性黏度调整范围有限，所以就需要通过增强井下原始信号强度的方式抵消信号衰减带来的影响。
原始信号公式为:式中：Ｋ为常数；为泥浆的密度；Ｑ为排量；Ａ为流通面积。
工程上，泥浆密度要满足平衡环空压力的要求，调整范围有限。
因此，一般通过排量和过流面积来调整信号强度。
三、信号干扰因素分析根据干扰因素的位置不同，可以把干扰因素分为泥浆循环系统、井下钻具和仪器３部分。
1.泥浆循环系统1)泥浆泵钻井泵存在一系列的易损零件（缸套、活塞、阀等），当缸套刺漏或阀阻卡等，就会造成泥浆泵上水不好，进而产生大量噪声；而大量的泵噪声波叠加在泥浆脉冲信号上，就会加大有效信号的分离难度，造成解码失败。
泥浆正脉冲工作原理简析
39近年来，随着定向井、水平井钻井施工的增多，无线随钻测量技术已被广泛应用。
各定向服务公司已研发出各自的无线随钻测量仪器，这些仪器采用不同的原理将井下仪器采集到的信息传输到地面。
其中以泥浆正脉冲传输方式应用最为广泛，主要由于其具有耐冲蚀、信号稳定等优点。
绝大部分的正脉冲仪器的工作原理和基本组成结构是类似的，本文主要对该种脉冲器的原理进行研究分析，期望能够对于该种仪器的维护保养、研制改进提供一定的指导意义。
一、正脉冲产生机理无线随钻测斜仪主要由两大部件组成：脉冲发生器、测斜探管。
在进行定向钻进作业时，测斜探管测量井下数据，如井斜角、方位角等参数，然后，经过编码器将测得的数据以特定方式编码，通过脉冲发生器将编码后的数据转化为钻具内泥浆压力信号传递至地面，在地面利用装在立管上的压力传感器采集泥浆压力信号，经过解码软件将其还原为数字信息。
从上述流程可以看出，脉冲发生器的主要作用就是将井下采集到的信息转化为泥浆压力波动信号。
在信号传输过程中，蘑菇头上下伸缩，由于蘑菇头是具有一定角度的锥体，其伸缩过程中会导致限流环与蘑菇头间的间隙发生变化，这点变化会导致高压泥浆的压力发生较大变化，从而产生类似于正玄波的压力波动。
二、泥浆正脉冲发生器工作原理泥浆正脉冲发生器的主要组成部件和工作原理如下图1所示。
在脉冲器本体上有一段磁轴，磁轴内部装有斜盘，对应外部为一个带叶片的转子，转子叶片具有一定的角度，在泥浆的冲击下转子一直会高速旋转，转速可达2000～3500r/m。
转子上装有永磁体，在转子的旋转下带动永磁体旋转，同时转子永磁体与磁轴上的永磁体相互作用，带动磁轴及斜盘也以一定的转速转动。
斜盘的转动转化为柱塞泵中的柱塞往复运动，使柱塞泵一直往高压仓内注油。
图1泥浆正脉冲发生器工作原理上图1中的控制阀是一个单向阀，其关闭由电磁控制。
脉冲器将接收到的信号通过控制模块转化为电信号，施加到电磁阀上控制其开启关闭。
在正常状态下，电磁阀是不通电的，其通过流管与主阀相连接。
无线随钻测量泥浆脉冲传输方式工作原理
无线随钻测量泥浆脉冲传输方式工作原理作者：张诒民来源：《科学导报·学术》2019年第51期摘 ;要：无线随钻测量泥浆脉冲传输中，根据无线传输通道的不同，可分为四种方式：泥浆脉冲的传输方式、电磁波的传输方式、声波的传输方式、光纤的传输方式。
在生产实践中应用泥浆脉冲的传输方式和电磁波的传输方式钻井，信号可以传输到地面，不仅能够远距离传输，而且具有良好的可靠性。
本文着重研究无线随钻测量泥浆脉冲传输方式工作原理。
关键词：无线随钻测量;泥浆脉冲;传输方式;工作原理引言：无线随钻测量泥浆脉冲传输方式主要包括两种传输方式，即有线传输方式和无线传输方式。
随钻测量及其相关技术发展速度非常快，从有线随钻测量到无线随钻测量，参数增多了，测量结果更加准确。
无线随钻测量技术已经成为工程技术领域中的重要方向。
对于该种信号传输方式进行研究中，准确掌握工作原理是非常重要的。
具體如下。
一、正脉冲方式泥浆正脉冲发生器上的针阀与泥浆正脉冲发生器小孔的相对位置会改变泥浆流动通道并在此处积聚，从而提高钻柱内泥浆压力。
针阀处于运动状态，发挥了驱动控制电路的作用，由探针管编码的测量数据来实现。
电磁阀直接驱动针阀需要的动力是非常大的，主要使用功能了小阀推大阀的方式，将泥浆的动力充分利用起来[1]。
同时，通过连续检测立管压力的方法，对不断变化的压力全面掌握，采用解码的方法将其转换成相应的测量数据。
涡轮钻具随钻测量系统可以在钻井液循环的情况下进行连续测量。
用钻盘钻孔时，钻具必须停止转动1.5秒之后才能测量。
其它液压通道的随钻测量系统与上述仪器的区别在于脉冲发射器的不同。
脉冲发生器的阀门由电磁线圈或步进电机控制，步进电机有较高的精度。
当测井传感器在测量的过程中有信号产生的选时候，起动器促使阀动作提升，节流钻井液。
压力脉冲信号的产生是通过地面检测设备检测获得的。
当钻杆停止旋转并保持钻井液循环的时候，传感器开始测量角度。
电动钻具钻进的过程中，钻井液循环多长时间，方位角的重复测量时间、井斜角的重复测量时间以及工具角的重复测量时间，都采用10位二进制测量，通常信号传输时间为50秒，传输深度超过7000米，由于技术环境有限，中国目前依然采用正脉冲模式[2]。
基于CFD仿真的齿轮泵流动特性研究
基于CFD仿真的齿轮泵流动特性研究导言：齿轮泵是一种常见的液压传动装置，广泛应用于工程机械、航空航天和汽车工业等领域。
齿轮泵的流动特性直接影响其工作效率和性能稳定性。
为了进一步优化齿轮泵设计和提高其工作性能，研究者们运用计算流体力学（CFD）仿真技术对齿轮泵的流动特性进行研究。
本文将着重讨论基于CFD仿真的齿轮泵流动特性研究的相关背景、方法和结果。
一、背景介绍齿轮泵是一种以齿轮传动为基础的液压泵，通过旋转齿轮将液体从吸入端输送到排出端。
齿轮泵普遍应用于液压系统中，其工作效率和性能稳定性对整个系统的运行起着重要影响。
然而，传统的实验方法难以实现对齿轮泵内部流动的直接观测和分析，因此需要借助CFD仿真技术。
二、基于CFD的齿轮泵仿真方法1. 几何建模齿轮泵的几何形状和大小对流动特性有着重要影响。
在CFD仿真中，首先需要将齿轮泵的几何形状进行建模，最常用的方法是基于计算机辅助设计（CAD）软件绘制齿轮泵的三维模型。
然后，利用CFD建模软件对齿轮泵进行网格划分，划分合适的网格可以保证仿真结果的准确性和稳定性。
2. 流体力学模型齿轮泵的流体力学模型是基于Navier-Stokes方程组和连续性方程。
通过假设流体为不可压缩、粘性流体，并引入相应的边界条件，可以建立适用于齿轮泵的流体力学模型。
同时，考虑到齿轮泵内部的旋转部分，需要引入动网格技术。
3. 边界条件和初始条件仿真中的边界条件和初始条件的设置对流动特性的仿真结果具有重要影响。
一般来说，吸入端设置为固定速度，排出端设置为静态压力出口，齿轮表面则设置为无滑移壁面。
对于初始条件，可以采用稳态或者暂态条件进行仿真。
4. 数值求解通过对Navier-Stokes方程组进行离散化处理，利用隐式或显式数值求解方法，可以求解得到齿轮泵内部的流动速度、压力和温度等参数的分布情况。
求解过程可以通过CFD仿真软件来实现。
三、基于CFD的齿轮泵流动特性研究结果通过CFD仿真技术，研究者们可以得到齿轮泵的流动速度、流量、压力和温度等参数的分布情况，进而分析其流动特性和性能。
PUL泥浆脉冲发生器
由流量公式， 得出
。 按钻井液体积流量范围和密
度范围， 则主阀流通面积变化比为
， 这么
大的比值， 要使脉冲器适用宽流量范围， 更换不同通径的限流环是简单 易行的办法。 因此， 泥浆脉冲器采用只更换不同通径的限流环的方式来 分段满足技术要求提到的钻井液流量及密度指标。
４．３ 高温措施 高温环境主要从结构方面影响 PUL- 04 的工作可靠性。 结构方面 包括材料热涨冷缩产生的位移吸收和散热措施、 配合面材料的热膨胀系 数匹配等。 5 结论 对不同限流环直径的脉冲器在不同钻井液密度、 粘度和钻井深度 条件下计算得到如下结论： 1） 钻井液粘度和钻井深度是影响性能指标 中压力损失和脉冲幅度的关键； 适当减小钻井液粘度和钻井深度 （ 或降 低压损和脉冲幅度要求） 将有利于获得合适的限流环以使其满足性能指 标所要求的钻井液密度和流量范围。 2） 对于不同限流环， 随着密度增 大上升时间变化不大、 压力损失和脉冲幅度明显增大； 随着粘度增大上 升时间变化不大且脉冲幅度明显减小、 限流环直径小于 55m m 时压力 损失略有增大、 限流环直径大于 55m m 时压力损失在小流量时略有增 大、 大流量时明显减小； 随着流量增大上升时间明显减小、 压力损失和 脉冲幅度明显增大。 故为满足性能指标仅需考虑密度为最大和最小值 时， 粘度最大的情况下适用的流量范围即可。 3） 为了使脉冲器的设计 能够在多数使用条件下满足性能指标要求， 适当降低钻井深度和钻井液 粘度是非常有效的。 根据实际应用情况， 降低钻井深度不符合实际， 故 合理降低钻井液粘度将使不同限流环直径下流量的适用范围满足性能指 标要求。 此外， 若能降低压损或脉冲幅度要求则更有利于获得合适的限 流环及其适用的流量范围。 作者简介： 陈会娜， 女， 工学学位， 现从事机械设计及自动化行 业； 周皓， 男， 工学学位， 现从事机械设计及自动化行业。
旋转阀泥浆脉冲器转子水力特性研究
电动机 直接驱 动 ， 冲器 基 本工 作 原 理 见 文献 ［ ］ 脉 １。
深 入研 究转子 的负 载特 性对改 善泥 浆脉 冲发生 器 的 结 构 和控制性 能 、 少 电机功率 消耗 、 高泥浆 脉 冲 减 提 信 号 的数据 传 输 速率 和传 输 距 离 具 有 一 定 的指 导
意 义 ］ 。
泥浆脉 冲发 生器 的流 道模型 如 图 １ 。
收 稿 日期 ： ０ １０ — ２ ２ １ — ９０
基 金项 目 ： 中海 油 田服 务 股 份 有 限公 司 “ 速 率 泥 浆 脉 冲 随 钻 数 据 传 输 系 统 样 机 研 制 ” 目 （ Ｊ １ Ｙ ０ ２ 高 项 Ｙ Ｂ ２ Ｆ １） 作 者简 介 ： 智 明 （ ９ ９） 男 ， 宁 建 平 人 ， 教 授 ， 士 ， 要 从 事 随 钻 测 井 仪 器 的研 发 工 作 ， — ａ ： ｎ ｚｉ ｃｓ． 王 １６一， 辽 副 博 主 Ｅ ｍ ｉ ｗａｇｈｍ＠ ｏ１ ｌ
件 设置 对分 析结果 的影 响 ， 长进 口和 出 口的长度 较 复 ６ ］
杂， 在建 立流 场仿 真 模 型 时 ， 要 对 模 型 简化 处 理 。 需 为了便 于计算 和分 析 ， 泥 浆 脉 冲发 生 器 内部 流场 对
２ １ 年 第 ４ 卷 ０２ １ 第 ３期 第 １ 页
石 油 矿 场 机 械
ＯＩ Ｆ ＥＬ Ｌ Ｉ Ｄ ＥＱＵＩ ＰＭＥＮＴ
Ｏ
ｏ
文 章 编 号 ： ０ １３ ８ （ Ｏ ２ ０ — ０ １０ １ ０ —４ ２ ２ １ ） ３０ ０ －３
旋 转 阀泥 浆 脉 冲器 转子 水 力特 性研 究
王智明 肖俊远 ， ， 菅志军
（． １ 中海 油 田服 务 股 份 有 限公 司 油 田技 术 事 业 部 ， 京 １ １４ ；． 北 ０ １ ９ ２ 安徽 江淮 汽 车股 份 有 限公 司 ， 肥 ２０ ２ ） 合 ３ ０ ２
泥浆脉冲发生器结构设计与优化
泥浆脉冲发生器结构设计与优化石油钻井过程中,随着钻进深度的不断增加,钻井难度增加,随钻测井参数越来越多,数据传输的实时性要求更加迫切,研制传输速率更高的信号传输方式迫在眉睫。
本文分析了参数传输方式类别及优缺点,指出连续波泥浆脉冲发生器数据传输速率最快,即为本文的研究方向。
本文首先,利用薄壁小孔节流原理阐释了泥浆脉冲发生器工作机理,介绍了泥浆脉冲衰减的影响因素,为后续泥浆脉冲发生器的结构设计及优化做铺垫。
着重点利用薄壁小孔节流原理数值分析了泥浆脉冲发生器的工作原理,由此得到当钻井液的流量和密度不变时,压差ΔP仅与转阀的流通面积有关。
因此,当转阀定、转子结构设计合理时,控制转阀流通面积的变化,就可以得到连续的压力波信号。
其次,根据现场实际使用需求及其相关理论,设计了一款泥浆脉冲发生器,该泥浆脉冲发生器为连续波泥浆脉冲发生器,其结构简单、布局紧凑、性能可靠、且传输信号速率高。
该泥浆脉冲发生器主要包括四个部分分别为:转阀机构、驱动机构、发电机总成、壳体,还有一些保护密封零件。
其中转阀机构为泥浆脉冲发生器最关键部件,本文将详细设计与优化。
驱动机构主要包括:传动轴、行星齿轮减速器、无刷直流电机、压力补偿结构、导线保护结构和密封支撑结构。
发电机总成作为泥浆脉冲发生器的动力源泉,其设计至关重要,设计为涡轮发电机,电磁耦合方式输入机械能。
还设计了相应的密封件和支撑结构,保障泥浆脉冲发生器正常工做。
并利用Slidworks绘制出泥浆脉冲发生器三维图。
接着,提出一种新颖的方法,根据薄壁小孔节流原理,通过转阀产生的压差与转阀过流面积之间的关系建立阀口形状与泥浆脉冲压力间的数学模型,利用理论压力差与标准正弦信号压差的相关系数之间的关系,一步步优化三角形阀口形状,以得到与标准正弦信号高度相似的理论压差,优化后得到一个弧形圆角线三角形阀孔。
最后,利用正交实验法对泥浆脉冲发生器转阀机构参数做进一步分析研究,设计出正交试验方案,方案包括定转子间距d、转子厚度h和转子转速r三因素,四水平以及压差峰峰值H和水力力矩N两个指标,共16组实验。
基于CFD的管汇阀门抗气蚀数值模拟研究
机械与动力工程河南科技Henan Science and Technology总第817期第23期2023年12月收稿日期：2023-09-22基金项目：国家自然科学基金资助项目（51909236）；浙江省自然科学基金资助项目（LQ19E090009）。
通信作者：尚照辉（1986—），男，博士，工程师，研究方向：科技传播。
基于CFD 的管汇阀门抗气蚀数值模拟研究尚照辉1,2（1.河南《创新科技》杂志社，河南郑州450000；2.浙江大学建筑与工程学院，浙江杭州310058）摘要：【目的】阀门是水下生产系统的重要组成部分。
为了提高阀门的可靠性，需从可靠性设计着手，优化阀门内部流场，来有效降低气蚀对阀门的损坏，即降低振动、减小噪声。
【方法】对阀门现有结构进行优化设计，采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics ，CFD ）数值模拟对结构优化前后的阀门内部流场进行分析。
【结果】经过结构优化后的阀门，其内部流场得到改善，抗气蚀性能得到提高，其稳定性、可靠性、操作性及使用寿命均有所增加。
【结论】阀门可靠性的提高应从优化设计开始，必须将可靠性设计理念融入阀门设计过程中，将先进设计手段和技术应用于阀门的数值模拟中，可获得比较理想和精准的优化结果。
关键词：阀门；CFD 数值模拟；结构优化；气蚀；可靠性中图分类号：TE937文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2023）23-0033-05DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.23.007Numerical Simulation Study of Cavitation Resistance of Manifold CalveBased on CFDSHANG Zhaohui1,2(1.Henan Innovation Science and Technology Magazine,Zhengzhou 450000,China;2.College of Civil Engin⁃neering and Architecture,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)Abstract:[Purposes ]Valve is an important part of underwater production system.In order to improvethe reliability of the valve,it is necessary to optimize the flow field inside the value from the reliability design to effectively reduce the cavitation damage to the valve,and to reduce vibration and the noise im⁃pact.[Methods ]The existing structure of the valve was optimized and the internal flow field of the valvewas analyzed by using Computational Fluid Dynamics (CFD)numerical simulation.[Findings ]After the structure optimization,the internal flow field of the valve was improved,the anti-cavitation performance was improved,and the stability,reliability,operability and service life were enhanced.[Conclusions ]The improvement of valve reliability should start from the optimization design.The concept of reliability design must be integrated into the valve design process,and the application of advanced design meansand technology to the numerical simulation of the valve can obtain ideal and accurate optimization re⁃sults.Keywords:valves;CFD numerical simulation;structure optimization;cavitation;reliability0引言海底管汇是把采油系统进行集成，形成集中的海底管汇切换控制系统，相当于海底油气采集转运控制中心［1］，是一种高价值深水水下生产系统，其主要系统和部件具有投资成本高，恢复、修理和更换故障设备复杂，费用高等显著特点［2］。
一种旋转阀式泥浆脉冲发生器用的电机驱动电路[发明专利]
![一种旋转阀式泥浆脉冲发生器用的电机驱动电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/86495bf459f5f61fb7360b4c2e3f5727a5e92486.png)
(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510966206.4(22)申请日 2015.12.22H02P 6/26(2016.01)(71)申请人郑州士奇测控技术有限公司地址450001 河南省郑州市高新技术开发区冬青街17号(72)发明人汪琦 刘志辉 刘光林 刘文涛肖建涛 王军伟(74)专利代理机构郑州联科专利事务所(普通合伙) 41104代理人刘建芳(54)发明名称一种旋转阀式泥浆脉冲发生器用的电机驱动电路(57)摘要本发明公开了一种旋转阀式泥浆脉冲发生器用的电机驱动电路，包括中央处理器、电机驱动电路、放大电路、MOS 管电路、电流检测电路和电源模块；所述的中央处理器的输入端连接测量探管的输出端，中央处理器的输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接放大电路的输入端，放大电路的输出端通过MOS 管电路与直流无刷电机相连接。
本发明根据旋转阀式泥浆脉冲发生器中转子往复运动的具体情况，来对电机转动进行控制，从而达到电机带动转子往复运动，产生压力脉冲信号，实现泥浆脉冲发生器中电机驱动代替电磁阀驱动，而且电机驱动相比电磁阀驱动，其发送信号更快、更准确、故障率更小。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书2页 附图1页CN 105429528 A 2016.03.23C N 105429528A1.一种旋转阀式泥浆脉冲发生器用的电机驱动电路，其特征在于：包括有中央处理器、用于驱动三相直流无刷电机的电机驱动电路、用于对驱动信号进行放大的放大电路、用于控制给直流无刷电机供电的MOS管电路、对直流无刷电机电流信号大小进行检测的电流检测电路和对上述各电路进行供电的电源模块；所述的中央处理器的输入端连接测量探管的输出端，中央处理器的输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接放大电路的输入端，放大电路的输出端通过MOS管电路与直流无刷电机相连接；MOS管电路的输出端通过电流检测电路与电机驱动电路相连接。
CFD技术在管道阀门水击计算中的应用
3） 阀门开度减小时流场变得复杂，出现复杂涡 系，损失也会增加，同时阀门受力发生较大变化，这 对控制调节精度和结构强度都非常不利。
参考文献 [1] 李建中.水力学[M].西安：陕西科学技术出版社，2002. [2] 怀利 E B，斯特里特V L.瞬变流[M].清华大学流体传动与
水力发电
Water Power
第 25 卷 第 3 期 2009 年 3 月
文章编号：1674- 3814（ 2009） 03- 0072- 04
电网与清洁能源 Power System and Clean Energy
中 图 分 类 号 ：TV134
Vol.25 No.3 Mar.2008
文 献 标 志 码 ：A
流体分子动力粘性系数； f軆为质量力。 1.3 动网格技术
在管道阀门的计算中， 通常的CFD计算方法只 能画好在不同开度下阀门的网格， 然后分别导入不 同开度下阀门的网格对其进行定常和非定常的计 算， 这样无法描述出管道阀门的开度在运动的过程 中随着时间的变化，这就是一个动边界的问题，要用 动网格技术来解决。同样在实际的工程问题中，也存 在许多运动边界问题。 由于流场的参数和计基本控
水力发电
Water Power
第 25 卷 第 3 期
电网与清洁能源
73
制方程和边界条件比较复杂，很难采用解析法求解，
所以针对水击特点从微分方程角度，水击的控制方
程组可转化为双曲型方程，可用特征线原理，在特征
方向上将其转化为常微分方程， 特征线法如图1
控制教研室，译. 北京：水利电力出版社，1983. [3] Bergant A, Simpson A R. Estimating Unsteady Friction in
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通 过 终 端 显 示 …。
片在 工作 中无 变形 ；
转 矩和 脉 冲 强度 的影 响 ， 出 了转 子 的优 化 设 计 准 则 。 得
关键词 ： 泥浆脉冲发生器 水力转矩
流体仿器 的部 件 视 为 刚 性 体 ， 、 子 叶 ２泥 定 转
旋 转 阀 泥 浆 脉 冲 器 脉 冲 发 生机 构 主 要 由定 子 和 转 子 组 成 。 子 在下 定 子在 上 ， 转 叶片 数 量相 等 。 图 １ 示 。 如 所 随 钻 仪 器 测 得 到 的数 据 经 压 缩 ， 码 ， 驱 动 控制 电路 驱 动 编 由
１ 模 型 简 化 、 格 划 分 与 仿 真 设 置 网
图 ２ 脉 冲发 生 机构 流 道 模型
泥浆 脉 冲器 脉 冲 发生 机 构 流道 结 构 较 为复 杂 ， 旋 转 有
场 和非 旋转 场 ， 流 道 的划 分 采取 分 区划 分 。为 了便 于 计 故 算 把 整个 计 算 区域 分 为 定 子 区 、转 子 区和 出 ｔ 区三 个 部 ： １ 分 ， 构划 分 和边 界 条件 设 置 如 图 ３ 结 。
器
单一 流道 不 能 全 面 的 反 应 整 个 泥 浆 脉 冲 发 生 器 的 流
场 特 性 ，采 用全 流 道 进 行 流 场 计 算 能 够得 到 更 准 确 的结
果 。 通 过 以 上 假 设 ， 浆 脉 冲 发 生 器 的 流 道 模 型 见 图 ２ 泥 。
定 子 转 子
立管 压 力
摘 要 ： 解释 了旋 转 阀脉 冲 器发 生 工作 原 理 。 用 Ｃ Ｄ 方 法 ， 对所 建 立 的泥 浆 脉 冲 发 生 器 定 子 、 子 进 行 三 维 流 利 Ｆ 针 转
场仿真 。分析 了转予叶片形状、 片厚度及叶 片个数等结构参数对 泥浆脉冲 器性能的影响。总结 了这 些因素对转子水力 叶
１２ 网 格 划 分 ．
旋 转 阀脉 冲 技术 的优 点 是 数 据传 输 速 度 快 ， 点是 信 缺
号 相 对 较 弱 ， 噪 声 干 扰影 响 相 对较 大 ， 信 号处 理 系统 受 对 要 求 较 高 。 由于旋 转 阀脉 冲器 形 成 的是 连续 压 力 波 ， 且传
输 速 率 高 ， 称 为连 续 波 泥 浆 脉 冲器 ， 高 速 率 泥 浆 脉 冲 也 或
图 ３ 脉 冲 发 生机 构 流道 分 区模 型
口
４
现代 技术 装 制造 与 备
２１第６ 第 ０期 ０ １ 期总 ２ ５
由 于 三 种 叶 片 形 状 的 转 阀 对 应 的 开 口 面 积 变 化 规 律
泥 浆 脉 冲发 生 器 内部 流 动 状态 为湍 流 ， 用 标 准选 用 使 标准ｋ 一￡模 型 ，Ｉ Ｌ ＳＭＰ Ｅ算 法 和 二 阶迎 风格 式 ［ 。采用 滑 １ 移 网格设 置 ， 口速 度 为 ６ ５ ｓ 出 口压 力 设 为 Ｏ ７ Ｍ ａ 入 ．ｍ／， ．５ Ｐ 。 ２ 不 同转 子 结 构参 数 的 流 场仿 真 分 析 根据 转 子 的结构 形式 ， 主要 从 转子 叶片 形状 、 片厚 度 叶
１ １模 型 简 化 ． 利 用 Ｃ Ｄ软 件 对泥 浆 脉 冲发 生 器 转 子 进 行 三 维 流场 Ｆ
计算 ， 对转 子 进 行 优 化 设 计 ， 以获 得 更 强 的 连 续 高 速 率 脉
冲信 号 。 由 于转 子 结 构 比较 复 杂 ，在 建立 流场 仿 真 模 型 时 ， 要 对 模 型 简 化处 理 。 同 时为 了便 于 计 算 和 分 析 ， 需 对 泥浆 脉 冲发 生 器 内部 流 场作 如 下 假设 ： （） １ 流体 仿真过 程 中 ， 为钻井 液为单相 不可 压缩 流体 ， 认 即假设 钻井液 为清水 ；工作介 质密度 不变 ， ９ ８ ｋ／ 忽 ｐ： ８ ． ｇ ； ２ ｍ 略 泥浆 温升 的 影 响 ：
设 计 与 研 究
基 于 Ｃ Ｄ的旋转 阀泥浆脉 冲器转子结构参数研究 Ｆ
王 智 明 ， 肖俊 远 ｚ 菅志 军
（１中海 油 田服 务 股 份 有 限公 司 油 田技 术 事 业 部 ， 京 １ １４ ２安 徽 江 淮 汽车 股 份 有 限公 司 ， 肥 ２ ０ ２ ） ． 北 ０ １９； ． 合 ３０２
不 相 同 ， 能 直 接对 转 子 的水 力 转 矩 和 压 力 幅值 作 对 比 ， 不 比 较 转 子 在 流 场 中 受 力 情 况 ，转 子 所 受 最 大 轴 向力 用 Ｐ ｘ表示 ， 应 的 时刻 用 Ｔ ｍ ｘ表 示 ， 子 所 受 的最 大 转 ｍａ 对 Ｐａ 转 矩用 Ｐ ａ ｍ ｘ表 示 ， 应 的 时 刻 为 Ｔ ｍ ｘ 把 Ｔ ｍ ｘ Ｍｍ ｘ 对 Ｐ ａ， Ｐ ａ —Ｔ ａ
（ ） 了流 道 进 出 口外 ， 有 工 作 介 质从 其 他地 方 进 ３除 没
入流 道 ；
（ 忽 略定 子 中空 容 腔 内 的流 体 流 动 ， 略下 游 转轴 ４） 忽 对转 子 内部流 场 的影 响 ； （ ） 了减少 整 个 流道 模 型进 出 口边 界 条 件设 置 对 分 ５为 析结 果 的影 响 ， 取 加 长进 口和 出 口的长 度 。 采
间
图 １ 连 续 波 脉 冲发 生 器机 理
在旋 转 阀泥浆脉 冲器 中 ， 转子是 压力 脉冲产生 的关键 部 件 ， 是 能量消耗 的 主要元件 ， 也 由直流 电动机 直接驱 动＿ ２ ＿ 。研 究 转 子 的 负载 特 性 对 改 善 泥 浆 脉 冲 发 生器 结 构 ，控 制 方 式， 减少 电机 功 率 消 耗 ， 高 泥 浆 脉 冲 信 号 的 数据 传 输 速 提 率 和 传 输距 离 具 有 一定 的指 导意 义 。