脉动缓冲器设计方法的研究及仿真技术在设计改进中的应用

１ １ 脉动 缓 冲器设 计参 数 的初 步 确定 ．
冲器位于输送设备的出 口处 （ 见图 １ ， ） 其作用是缓
冲、 消减 由于输 送设 备产 生 的 出料 脉 动 ， 种脉 动发 这 生 在 整个 管道 化工 艺系 统 中将 给 系统造 成 一定 的危 害 。因此进 行缓 冲器 系 统 的研 究 ， 掌握 其工 作状 态 ， 设 计安 全 、 可靠 和高效 的脉动缓 冲器是 十分 重要 的 。
因此缓 冲器 与输 送设 备 的 匹配 原 则 是 ： 计 上应 满 设 足 一个 合理 的 排 出压 强 不 均 度 ［ ８ ， 在 兼 顾 其 并 它 要求 的 同时 ， 其 固有 频 率 ｆ 量 接 近设 备 的工 使 尽 作 频率 而使 缓 冲 器 与输 送 设 备 处 于 最佳 匹配 状
第 ２ 第 ３期 ７卷 ２ １ 年 ６月 ０１
有
色
矿
冶
Ｖ０ ． ７． ３ １２ №
Ｎ０Ｎ —ＦＥＲＲ０ＵＳ Ｍ Ｉ ＮＧ ＮＩ ＡＮＤ ＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ｍ
Ｊｎ ０ １ ｕ ｅ２ １
文章 编 号 ：０７— ６ Ｘ ２ １ ） ３— ０ １ ３ １０ ９７ （ ０ １ ０ ０ ５ —０
冲器设 计 方 法 及 其 结 构 件 的 强 度 校 核 进 行 一 些 研
［］ ８ —— 要 求 的排 出压力 不均 度 ； Ｐ … Ｐ ｉ ，
强；
—— 瞬 时 最 大 、 小 工 作 压 最
究 。缓 冲器 系统 主要 结构 见 图 ２ 。
缓 冲器盖 缓 冲器壳 体
Ｐ 。 — 理论平 均 工作压 强 。 — 脉 动缓 冲器 固有 ｆ ：
气体 的多变过程 ； 而输送设备 的剩余液量一般相对
较小， 冲 器 内气 体 在 （ ， 缓 Ｐ （ Ｐ ， Ｖ ） 种状 态之 间 的变 化过 程 较快 ， 两
此 过程 一般 应视 为绝 热过 程 。按气 体绝 热等 熵理 论 计 算缓 冲器 容积 ， 一般 需要 预先 取定 一些 参 数 ， 需 并 专 门程 序进 行反 复 迭代 ， 能 得 到满 足工 程 应 用 精 才
作者简介 ： 孙
彪（ ９ ２ ） 男 ，大学 ＿科 ， １５ 一 ， 本 高级工程师 ， 主要从事机械没计工作。
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第２ ７卷
根据上述缓冲器匹配原则 ， 以剩余液量为基础 计 算 容积 ， 满足 工程 应用需 要 ¨－］ －］ 可 ２ｌ ５。 ４
考虑 到 缓 冲器 内气 体从 初 始 状 态 （ 。Ｖ ） 到 Ｐ 、。 达 波动 值 的下 限 （ 。 Ｐ ， ｉ … ， 一 过程 应 视 为 Ｖ ）这 ， Ｖ … ）与
ｊ 一 － 些研究 ， ＿ 提出 了缓 冲器设计行之有效 的方 法。
关键词 ： 脉动缓 冲器 ； 固液两相输送设备 ； 真模 拟 仿
中 图 分 类 号 ：Ｅ ３ Ｔ ８３ 文献 标 识 码 ： Ａ
Ｏ 前
言
固液 两相 输送 设备 是物 料输 送 的常用 设备 。缓
１ 脉动缓 冲器设 计参 数 的初 步确定 及 对其仿真模 拟
有一 定距 离 。对 于流体 域 ， 置 瞬态分 析类 型 ， 置 设 设
液体 域属 性及 进 口流 速 和 出 口平 均 压 强 条 件 ， 置 设
缓 冲器 内气体 属性 及 初 始 压 强 ， 置 流 固耦 合 边 界 设 条 件 ； 于 固体域 ， 置 瞬态 分 析类 型 ， 置 隔板 的 对 设 设 流 固耦合 边 界条件 ， 且 只保 留隔 板 在 气体 压 缩 方 并 向 自由度 。最后进 行 求解 。缓 冲器 的仿 真应分 为两 个 阶段 ， 第一 阶段 为气 体压 强 由 Ｐ 增加 到 Ｐ ０ 小 回 Ｐ ｉ 。 ， 第 二 阶段为 气体 压强 由 Ｐ ¨ 加 到 Ｐ … 减 Ⅲ增 再 ， 一 阶段 应 采 用 稳态 分 析 ， 二 阶 段 第 第 应 采用 瞬态 分析 ， 以第 一 阶段 稳 态 分 析 结 果 为 初 并 始 值 。某 时刻缓 冲器 系统 压强 分 布见 图 ３ 。
器
对 于一 般 的 输送 设 备 在一 定 的工作 状 态 下 ， 脉 动缓 冲器 的主要 设计 参数 是其 容 积 Ｖ、 颈管 面积 Ａ、
颈管长度 Ｌ和预充气压力 Ｐ。 。 其基本作用是使物料
在 排 出管 内排量 不 均 和 压力 脉 动 现 象 有所 衰减 ， 完
全的脉动消除会使得缓 冲器体积过大而无法实现。
太 ［ ～２ １ ］
ｏ
ห้องสมุดไป่ตู้
目前 ， 于输 送 设 备 缓 冲器 系 统 的研 究 工作 尚 对 处 于起步 阶段 ； 针对 钻井 泵 用 缓 冲 器 系 统 的研 究 而 和讨 论相 对较 多 ， 大 多 为其 作 用 机 理 方 面 的理 论 但
推导 、 评价 ， 工程应 用 方 面多为 设计 中经 验公 式 的 且
（） ２
式 中 Ｎ — 气体 多变 过程 指数 ； —
冲器橡 胶气囊
Ｐ ——缓冲器 内平均工作压强；
Ｖ ——缓 冲器 内气体的平均工作体积 ；
Ａ ——缓冲器颈管面积 ；
图 ２ 球形气囊脉动缓冲器结构 图
Ｍ ——缓冲器颈管内液体质量 。
收 稿 日期 ：０ １— ３—１ ２１ ０ Ｏ
排 出压 强不均 度要 求 ：
６ ＝（ 。 Ｐ Ｐ 一Ｐ 。 ｉ／ Ｐ ）
≤［ ］ ６¨ 式 中 ６ —— 计 算排 出压 力不 均度 ；
（） １
理 论 推导 。本 文在 已有 理 论研 究 的基 础 上 ， 对 缓 针 冲器 系统设 计 需要 ， 时运用 有 限元仿 真技 术 ， 缓 同 对
脉动缓冲器设计方法的研究及仿真技术在设计改进中的应用
孙
摘
彪， 姜作伟
［ 中国有色 （ 沈阳 ） 泵业 有限公 司， 辽宁 沈阳 １０４ ］ １ １１
要： 本文基 于已有钻井 泵脉动缓 冲器 （ 以下简称 为缓 冲器 ） 研究 的基础 上 ， 合计算 机仿真 技 结 术， 对固液两相输送设备 （ 以下简称为输送设备 ） 冲器 的初步设计及分 析 、 缓 改进方法进 行