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机械设计论文：海底泥浆举升泵样机开发与研究(3)
来源：985论文网 添加时间：2020-07-20 11:10
5 海底泥浆举升圆盘泵实验研究
5.1 实验概述
对SMD系统测试程序和测试设备的研究是该主题的重要部分。研究的相关性主要包括三个方面：首先，它为SMD系统整体和重要组成部分的功能和性能测试提供了特殊的测试条件。其次，使用测试。该设备针对SMD系统的钻井条件执行了实际的仿真技术；第三是通过大量测试获得足够的测试数据，并对测试数据进行分析和处理，以了解SMD系统和各种关键组件的功能原理和性能特征。特别是碟式泵。
结合项目的总体目标，从三个方面进行了SMD系统测试研究：实验设备研究，工作条件研究和系统测试研究。各个方面的具体研究进展如下：
1）测试设备研究包括：SMD测试系统参数计算，测试计划设计和优化，SMD测试设备（2D和3D卡）的详细设计；修改测试位置（包括电源，循环池），测试设备和仪器的选择和订购；测试台的建造和安装；测量和控制系统的软件和硬件的设计和调试。
2）钻井条件模拟工作包括：针对不同典型SMD条件的实验室模拟方案，针对不同SMD条件的模拟测试程序的设计与优化，以及针对试验作业的安全方案的设计。涉及的工作条件包括启动，正常钻探，单根钻探，钻井和泄漏。
3）系统测试调查的活动包括：在不同介质下对不同工作条件的仿真测试，针对不同工作条件的仿真测试的数据采集，针对不同工作条件的仿真测试的数据分析，SMD系统性能分析等。
5.2 SMD试验装置研究
5.2.1 试验系统总体要求
SMD测试系统必须符合深海SMD钻井液循环和模拟典型室内工作条件的功能。具体要求如下：
（1）模拟实际工作条件下的SMD工作流程（图5-2-1），并调节钻井液泵的压力和流量，以实现正常的钻井操作，单次，泄漏和钻井。模拟。
（2）实时测量测试系统的压力，流量，温度，泵扭矩，转速等过程参数，泵流量研究，扬程等性能参数，并测试SMD系统的整体性能。
（3）测量提升管中液体介质的分布，流量和压力，并分析岩石的承载力和提升管中返回的钻井液的压力分布。
（4）测试系统应为处理钻井事故以及相关的操作过程和辅助技术提供条件支持。
此外，测试系统必须保证操作过程中人员和设备的安全，并且不会对环境造成任何损害；测试系统必须具有良好的扩展性能，并为进一步研究奠定实验基础。
图5-2-1 SMD系统
5.2.2 试验系统方案设计
为了使SMD集成测试仪系统更接近实际工作条件，您可以有效模拟实际海床钻探过程中的特殊操作，根据系统的一般要求，对整个SMD集成测试仪系统进行调制（图5）- 2-2）。当比较图5-2-1和3-2-2时，可以看到测试系统使用流体供应泵将钻井液从储层引入抽吸模块，以允许钻井液从环空进入。图5-2-1。返回到吸油模块过程的模拟，使用背压阀模拟钻井液回流管线中的静水压力，并通过以下组合开关实现钻井液的流量控制：十二个阀。因此，该测试系统可以有效地实现项目中SMD的实际运行过程。
图5-2-2 SMD试验系统
以下是对SMD测试流中每个模块的功能的简要说明，如图5-2-2所示：
（1）液体储罐和地下水池用于储存水或钻井液。储液罐设有泥浆搅拌器，该泥浆搅拌器由驱动传动轴的变频电动机组成，传动轴包括两组上下叶片。
（2）流体供应泵用于模拟钻井液，该钻井液从环进入吸入模块以将流体输送至测试系统。
（4）连接至吸气模块上端的管道用于实现吸气模块的高溢流。
（5）在单井情况的模拟中，电动节流阀8实现了来自提升泵的少量的自循环流。
（6）阀门6是一种安全阀，其开启压力设定为一定压力，并与垂直管段（10 m）组合以模拟电梯管线中钻井液柱产生的静压力。
（7）垂直管段，其中之一与背压阀6一起使用，以部分模拟提升管钻井液柱的静压力，而另一部分则模拟提升管所需的空间布置。该系统执行岩石的承重能力测试。
（8）通气口1、2和手动阀10都是辅助模块，其被设置用于在测试之后排出和清洁液体介质。
（10）切屑分离器是带有可更换过滤器的实心篮式分离器。
如图5-2-2所示，整个测试系统主要分为四个部分：流量系统，循环系统，测控系统，辅助系统等。下面简要描述每个子系统。
1）电力系统解决方案
能源系统主要为液体供应泵，提升泵和整个测试系统供料。一方面，提升泵对于从海平面以上的海床提升钻井液具有很高的要求。它还需要自动调节功率，以控制吸入模块的液位，以防止注入海水或钻井液。该区域溢出。2）循环系统
循环系统包括流体储罐，流体供应泵，管道，阀，抽吸模块，提升泵，垂直管段等。在测试过程中，整个周期可以描述如下：钻井液由流体供应泵从储液罐中吸出，并通过歧管输送到吸气模块，然后由提升泵吸走，再通过井下泵送回。水平管和垂直管连接到储液罐。形成一个闭环。由于背压阀6的背压，从提升泵出口到背压阀6的管线是高压管线（图5-2-2），其他管线是大气管线（图5-2-2）。在管道上的不同位置安装了多个手动或电磁阀（电动气体阀），以模拟测试过程中液体介质的输送和关闭。压力和流量传感器安装在液体供应泵的出口，提升泵的入口和出口，压力和流量测试仪放置在垂直部分的几个位置。
3）测控系统
① 测控系统的目标与功能
测控系统是整个SMD测试系统的核心模块之一。该系统具有三个主要功能：一个是在测试过程中动态地动态监视各种物理参数，另一个是实时控制泵的工作状态（压力，流量）。等）稳定吸入模块中的钻井液液位，以保持恒定的提升泵入口压力。第三是通过阀门的开关动作来模拟钻井条件。
② 监测系统方案设计
根据SMD测试要求确定要实时测试的SMD测试系统的基本参数，包括：介质压力（提升泵出口，进口，前后前后压力阀），提升泵流量，液体介质中的温度管道（在泵入口处以及在背压阀之后），泵速，扭矩和功率，模块中的流体介质液位，电磁阀的状态等。参数，例如压力，流量，温度，耦合速度，液位，电磁阀状态直接由相应的传感器并通过信号电缆从正确的变送器到计算机进行测量。提升泵功率是根据耦合速度的结果计算的。了解。监视位置的强大功能很容易破坏监视信号，从而导致测试不准确。这里有四个对策：第一，强绝缘和弱电绝缘；第二，屏蔽信号传输电缆和屏蔽盒；第三，仪表接地。第四个是4-20 mA电流信号，以测试信号的形式非常抗干扰。
③ 控制系统方案设计
输出（图5-2-3）。该系统已经过分析，具有三个特点。一种是输入量未知，即不能准确地知道从环空进入抽吸模块的钻井液量（例如，漏失循环，反冲现象）。第二个原因是吸入模块的体积。局限性，控制量可调节小；第三是控制功能是先提高泵的电动机转速，然后将钻井液输送到吸入模块，以实现由流体的粘弹性和电动机的提升速度引起的液位控制。
控制方案：当前，常用的工业泵控制方案包括PLC +变频器，DSP +变频器，DSP +电源模块，CRIO +变频器。 RIO +逆变器的解决方案具有体积小，可靠性高和运行时间长的优点。尽管成本略高，但是该系统的操作环境被认为是高要求的深海床，并且国外用于海上钻井的地下操作系统已经成为成功的例子。因此，正在考虑在测试系统中实现CRIO +逆变器。
图5-2-3 SMD试验系统控制原理
④ 辅助系统
为了确保测试过程中设备，人员和环境的安全，为测试设备设计了一个辅助系统。防护罩，包括旋转的发动机零件（高速切割运动零件之间的接触），切屑绝缘（适用于分离储液罐中的切屑和无碎屑区域），管道固定器和附件（防止速度变化），介质变化流量太大会导致设备振动。液体供应泵电机的软启动装置（以减少强力装置启动时减少过多功率对电源系统的影响）。
5.2.3 试验装置设计
图5-2-4SMD试验装置实体效果图
在SMD测试的集成控制系统中，为确保整个系统在长期使用过程中不受钻井液的影响，对整个测试系统的设计进行了改进；另一方面，对管道材料的要求有所提高。选择了OCr18Ni9的不锈钢管。整个管道主要由DN100不锈钢管制成。结合泵和抽吸模块的入口和出口的要求，使用DN150和DN125的不锈钢管作为连接。管道由法兰或异径管制成。连接件通过焊接连接整个管。
表5-2-1 试验台架设备清单
物品名称 型号 规格 参数 数量
供液泵 IS125-100-200J 需参照举升泵性能试验结果 流量120m3/h 1台
电机 TYPE Y132M-4 与供液泵配合 输出功率7.5kW 1台
电机启动柜 与电机配合 与电机配合 与电机配合 1台
截止阀 Z41H-16 铸铁楔式 100mm 6个
截止阀 Z41W-16 铸铁楔式 125mm 4个
电动V型球阀 ZDRV-25P 直液式 100mm 3个
背压阀 RFF-100-S 直动式 100mm 1个
弯头 外径A系列 90°弯头 100mm 34个
三通 等径T型 与管道焊接 100mm 4个
法兰 带颈对焊 与管道焊接 100mm 46个
法兰 带颈对焊 与管道焊接 125mm 24个
支架 加工 与管道配合 300mm 23个
螺栓 标准件 六角 M24 192个
螺母 标准件 六角 M24 192个
管道 OCr18Ni9 108*4 100mm 74m
管道 OCr18Ni9 133*4 125mm 20m
管夹 加工 与管道配合 DN108 10个
排水软管 购置 胶皮管 20m 2根
储液罐 加工 椭圆形、含
支座 9m3，壁厚8mm 2个
吸入模块支座 加工 裙形 400mm 1个
2) 测控系统详细设计
① 硬件选型
根据测控系统方案，本着适应钻井液介质、可靠性高、适于自动化处理等原则，对系统所涉及仪器仪表进行对比选型，最终确定测控系统硬件见表53-2-2。
② 监测软件设计
以虚拟仪器开发系统Labview为工具，进行SMD试验系统监测软件的开发工作。软件具有数据实时显示、数据采集与保存、电量/物理量转化等功能，而且软件界面与试验系统平面布置情况完全一致，有助于缩短操作者与监测程序之间的距离，大大提高了程序的应用效率。
表5-2-2 试验系统仪器仪表清单
序号 仪器名称 品牌/型号 数量 备注
1 流量变送器 上海贝菲/
BFG-100B2C1D5E0H4L1 2 电磁型，液固适用，高精度，耐磨、耐温85oC
2 压力变送器 重自仪/ EJA530A 3 液固适用，带防堵装置，高精度，表压型
3 举升泵压力计 重自仪/ EJA118W 1 液固适用，带防堵装置，高精度，差压型
4 液位计 重自仪/ EJA510A 1 液固适用，带防堵装置，高精度，绝压型
5 温度变送器 重自仪/ YTA110+PT100 2 耐磨型4-20MA 输出
6 转矩转速仪 湘仪动力/ JCZ2 500Nm 1 R232数字量输出
7 变频器 丹佛斯/131H7539 1 130KW
8 电动阀 上海金刚/ZDRV-25P 4 4-20mA输入输出，远程自动、现场手动控制模式
9 数据采集系统 美国NI/PXI4408 1 适合电流、电压模拟输入，模拟输出
10 嵌入式测控系统 美国NI/CRIO9205 1 嵌入式自主运行，兼具测试控制功能
③ 控制系统软件开发
SMD技术的核心是抽吸模块中的液位控制，主要是通过控制海底钻井液提升泵。海底钻井液提升泵是一个复杂的控制对象。从控制过程的分析来看，海底钻井液提升泵的控制过程是通过控制潜水电机的转速来调节泵的流量和扬程。通过控制吸入模块的液位，最终达到了保持泵的入口压力恒定的目的。为了最终实现对控制目标泵入口压力的控制，系统的控制量必须通过发动机转速，泵流量，液位等步骤。同时，实现控制效果的传输介质是粘弹性液体钻井液的大流量，因此整个控制系统属于高惯性，高滞后的系统。由于工作条件和工作环境的影响，系统中存在一些不确定的随机干扰，这对于要求快速响应和非常精确控制的操作系统的设计是非常严格的测试。必须执行控制算法。深入研究。
在比较不同控制算法的基础上，开发了SMD测控系统软件。该软件具有提升泵的启动和停止，提升泵的连续速度控制，电磁阀的打开控制，吸油模块液位的反馈控制以及收集和显示各种参数的功能实时。该系统使用模块化开发模型，该模型比较了PID控制，模糊PID控制效果。最终采用之前章节确定的模糊PID控制为整体样机的控制策略。图5-2-5显示了独立开发的SMD测量和控制系统的软件界面和代码。
a 监控软件界面
b 监控软件代码
图5-2-5 SMD监控系统软件界面与代码(部分)
5.2.4 SMD试验台构建与调试
1) 试验台架构建与调试
根据测试系统方案和详细的设计结果，严格按照结构图和加工要求，从储液罐，混合系统，管道和连接件，系统配件等方面模块化构建测试设备。工程效果如图5-2-8所示。
a 试验系统总体概貌 b 供液泵与储液罐
c 举升泵及变频电机 d 吸入模块
图5-2-6 构建后的SMD试验系统模块
2）测控系统的建设与调试
为了确保SMD测试操作系统在测试过程中具有快速响应功能，在测试平台开始时，通过多方比较，选择自动化仪器（表5-2-2），以便通过弱信号形式仪器状态的控制或测试数据可确保整个SMD测试系统的高度自动化。
从系统功能，性能参数和安装条件等方面，已在实验室中对系统进行了全面而系统的调试。调试结果表明，所有仪器仪表均符合测试要求。
a 仪表调试 b 变频调速系统调试
图5-2-7 测控系统的构建调试
3) 试验系统现场概况
构造和调试的SMD测试系统的现场效果如图5-2-8所示。加压测试的结果表明，该测试系统的管道等静压设备的结构完整性良好，仪表测试准确，动态设备运行正常。用于操作安全的辅助系统可以保护人员，设备财产和环境。
图5-2-8 试验系统现场
5.3 样机设计水力性能保证的实验
5.3.1 实验条件及数据获得
样机水力性能保证实验是在博泵科技股份有限公司国家工业泵质量监督检验中心进行的，原始实验数据见表5-3-1。
表5-3-1原始实验数据
将测量结果换算到规定转速下，然后绘制它们对流量的关系曲线。与各流量点拟合最佳的曲线代表泵的性能曲线。图5-3-1是实验数据处理后得到的泵性能曲线。
图5-3-1 圆盘泵样机性能试验曲线
5.3.2 流量、扬程和效率保证证实
（1）扬程和流量的保证
通过设计点QG、HG以水平线段±tQ•QG和垂直线段±tH•HG作出容差的的十字线。GB/T 3215-2005 回转动力泵水力性能验收试验1级和2级规定的容差系数值参见表5-3-1。
表5-3-1 容差系数规定值
量 符号 1级 2级
％ ％
流量 tQ ±4.5 ±8
扬程 tH ±3 ±5
泵效率 tη ±3 ±5
GB/T 3215-2005规定，如果H(Q)曲线与与垂直线段和(或)水平线段相交或至少相切，则对扬程和流量的保证即得到满足。
（2）效率的保证
效率值应通过将通过指定工作点Q，H的直线与H和H坐标值的原点的交点与测得的H（Q）曲线作为垂直线和η相交而获得（Q）曲线。 GB / T 3215-2005中，如果交叉点的效率值大于或等于ηG（1-tη）（见图5-3-1），则在公差范围内满足效率保证条件。
由流量和GB / T 3215-2005的扬程1公差所形成的公差交叉线与H（Q）曲线相交，因此，判断扬程为1级合格。
图5-3-1 对流量、扬程和效率保证的实施
穿过指定工作点（240、124）和（0，0）的直线的交点，它是测得的H（Q）曲线（234.95，121.91），垂直线与η（Q）相交-曲线获得η= 44.98。根据GB / T 3215-2005，交叉路口的效率值比设定的效率高45％，因此被定为1级。
从液压性能测试数据表和性能曲线来看，泵的最高效率点为234.39 m3 / h，这不是设计点，但设计点的流量没有太大差异。泵在设计点的升程比设计升程小2.1 m。这主要是因为泵的液压设计是通过数值模拟进行的。数值预测研究和实验研究中的错误导致原型的实际性能和设计性能之间存在差异，但GB / T的差异并不大。 3215-2005中指定的公差在允许范围内。
原型机的性能曲线表明，泵的主曲线比较平坦，流速变化很大，扬程变化不大。借助SMD井口压力控制，该泵可应用于SMD系统的海底泥浆提升系统。要求即使流速改变，从海底到海面的泥浆也将上升，即，流速变化很大并且升力几乎恒定。
该原型机的当前效率曲线表明，该原型机的高效区域相对较宽，这使得该原型机适用于从海底泥浆提起海底的各种泥浆提举。
5.4 转速变化时叶片圆盘泵性能特性研究
海底泥浆提升钻井需要大流量的海底泥浆提升泵来维持海底泥浆泵的进口压力，即，如果井眼环空压力开始上升，海底泥浆泵必须在大电流下运行以维持进口压力。默认值。随着井眼环空压力下降，必须降低海底泵流量以将入口压力保持在预定值，并且通过控制海底泵的速度来实现这种恒定的环空压力运行模式，从而使海底泵的提升速度泵会有所不同。 。研究泵升程特性的影响很重要。
在项目的SMD系统的测试台上测试了原型变速的液压特性。变频速度测试实现了两个不同泵以不同速度泵送水和泥浆的性能数据特性。
5.4.1 输送清水时举升泵的变速性能
（1）扬程-流量(H-Q)特性
图5-4-1显示了不同速度下提升泵的HQ性能。通过变速调节可以实现任何速度的总部性能。磁头变化值随速度降低而减小。从死点（零电流）开始，升程随着电流的增加而减小，并且每种速度的HQ特性均保持不变。
图5-4-1 H-Q变速特性曲线
根据比例定律，将图5-4-1中所示的不同速度下的HQ性能转换为2900 rpm的HQ曲线。 2400 rpm，2600 rpm，2800 rpm流量和扬程特性曲线的转换原理上与2900 rpm流量和升程特性曲线相吻合，随转速的变化规律满足比例定律。1450rpm性能换算后性能与2900rpm存在一定偏差，在一定程度上H-Q性能偏离了比例定律。
图5-4-2 按比例定律不同转速换算到2900 rpm H-Q曲线
（2）功率-流量(N-Q)特性
图5-4-3显示了提升泵在不同速度下的NQ曲线。在相同的流量下，车轴功率随速度增加而增加。在相同速度下，轴功率随电流的增加而增加，如图5-2-4所示。根据NQ性能比例定律，将NQ曲线在不同速度下转换为2900 rpm。 2400 rpm，2600 rpm，2800 rpm N-Q特性曲线与2900 rpm轴功率和电流特性曲线原则上是重合的，并且旋转定律原则上符合比例定律。经过1450 rpm的性能转换后，2900 rpm的性能偏差很大，并且N-Q性能严重偏离了《比例法》。根据分析，在电梯泵延迟之后，尽管有效功率（ρgHQ）随速度n3降低，但由于泵的机械损耗并未随转速的三次方降低，因此执行了延迟后的轴功率用类似的法则转换轴比较，功率稍大。
图5-4-3 N-Q变速特性曲线 图5-4-4 按比例定律不同转速换算到2900 rpm N-Q曲线
（3）效率-流量(η-Q)特性
根据比例定律，在转速变化后，可以假定泵的可比工作点的效率原则上保持不变。这是基于类似定律的假设，即可比条件下的机械效率，体积效率和水力效率是恒定的。实际上，该假设仅在速度变化不超过特定范围时适用。当速度急剧变化时，效率也会发生变化，并且随着泵速的降低，泵的效率也会发生变化。
图5-4-5显示了提升泵在不同速度下的η-Q曲线。从图中可以看出，在测试流量范围内，在相同速度下，效率随着流量的增加而增加。此时，由于实验流量小于设计流量（最高效率点流量），所以在相同转速下，效率随着流量的增加而增加；在相同流量下，效率随速度增加而降低，这是因为根据比例定律，相同效率的点必须符合Q1：Q2 = n1：n2，因此当流速低于最高效率点流量时，相同的流速，低速和高效率。
图5-4-6显示了根据比例定律，在不同速度下NQ曲线从η-Q性能到2900 rpm的转换。每分钟2400转，每分钟2600转和每分钟2800转的效率和流量特性与每分钟2900转的效率基本相同。效率流特性随速度的规律也基本上符合比例律。 1450 rpm时的性能与2900 rpm时有很大差异。 η-Q性能与比例法有很大不同。效率与轴功率有关。轴功率与机械效率有关。可以认为，轴功率变化的偏差是由机械损失引起的，主要是机械损失，主要是整个流动中水流的额外损失，包括车轮损失。轴功率变化的偏差不再使相应的工作点在切换之前和之后的效率提高。由于风扇内部和外部电流的变化，功率的相似性被破坏，功率不再可比，电流偏差导致效率发生变化。
图5-4-5 η-Q变速特性曲线
图5-4-6 按比例定律不同转速换算到2900 rpm η-Q曲线
（4）恒压力特性
当钻探海底泥浆举升时，由于举升高度是恒定的（500 m或1500 m），因此可通过调节速度来调节流量，以确保海底泵的入口压力等于海水的静压力。由于管道中不同流速造成的阻力损失可以忽略不计。假设提升高度没有变化，即提升泵在保持入口压力的同时保持流量不变的同时保持流量不变，并且也满足泥浆提升高度的要求（恒定出口压力）。
图5-4-7显示了nQ曲线，其中提升泵使入口压力保持恒定。该图显示，在恒定出口压力下的测试流量范围内，流速在临界点（零流量）处随着速度的增加而增加。 1.2 MPa泵必须以2811运转。当流量达到120 m3 / h时，1.2 MPa泵必须以2864 rpm运转。可以看出，当通过调节转速来调节泵的流量并且满足1.2MPa的提升压力时，泵的速度范围并不大，这有利于通过调节速度来增加响应时间。调节流量以确保海底泵的入口压力。
图5-4-7 压力恒定n-Q曲线
5.4.2 输送清水、泥浆性能的对比
图5-4-8至图5-4-10显示了在提供清洁水和泥浆时提升泵的液压性能。从图5-2-8可以看出，在相同的流量下，泵的泥浆比泵送的净水压头小，但两者之间的差异很小，并且两者的升力曲线基本平行。图5-2-9显示了两种介质的泵浦功率变化。可以看出，泵送泥浆的能力大于清洁水的能力。这是因为有效功率（ρgQH）以相同的流量和扬程泵送。介质的密度成比例，并且轴功率的差异主要反映在密度的差异上，因为泵送两种介质时效率几乎没有变化，如图5-2-10所示。当提供清洁的水和泥浆时，抽水效率几乎是恒定的。这也是叶片圆盘优于常规圆盘泵的地方。通常，圆盘泵的效率随着介质粘度的增加而降低，并且粘度对泵的效率有重大影响。
图5-4-8 泵送清水和泥浆时H-Q关系曲线
图5-4-9 泵送清水和泥浆时N-Q关系曲线
图5-4-10 泵送清水和泥浆时η-Q关系曲线
5.5举升圆盘泵变速数学模型拟合
水下泥浆提升钻井需要在操作过程中进行水下泥浆提升泵的实时速度控制，以控制流量以实现泵进口处的恒定压力。如果提升泵的一般性能曲线用于指示变速泵的运行性能。查找和计算所需速度显然很不方便。如果直接根据比例定律确定比例转速，则要求流速和升程同时满足比例定律关系，海底泥浆举升机的钻进量可能会有较大变化，但扬程变化不大，因此需要根据比例定律进行计算。速度。不合适。这需要搜索表示电梯泵的开关性能的功能关系，以便在任何时候准确确定调节电梯泵所需的速度。
考虑到磁盘泵在一系列速度上都符合比例定律，因此：
(5-1)
设举升泵扬程H和流量Q可用函数关系式为：
(5-2)
由式(5-1)知道，扬程H与n2成比例，并与n2/g(g为重力加速度)具有相同的因次；流量与n成比例并具有相同的因次。若取变量 ，即为无因次扬程，因为g是常数，为分析问题方便起见，取单位加速度1，故 ，仍为无因次扬程。取变量 ，即为无因次流量。则对于同一台泵在 和 之间亦必然存在一种确定的函数关系：
(5-3)
式中：
(5-4)
显然，公式（5-3）包含用于增加泵速n的参数，但这与变量形式的速度n无关。等式（5-3）是表明提升泵在特定切换范围内运行的总关系，即提升泵运行的无量纲逆流特性。
根据上述方法，可以获得对应于不同测试速度的无量纲磁头电流特性。理论上，这些曲线必须重合，即一条曲线。图5-5-1和5-5-2分别是净水和泥浆的无量纲H-Q位移特性。根据测量结果，在提升泵的测试速度范围内，每种速度下获得的无因次扬程曲线更好。从测试点还可以证明，叶片盘泵仍处于切换操作中，并且扬程电流关系仍然遵循泵的比例定律。这有助于寻找变速数学模型与提升泵切换动作之间的一般性能关系。
图5-5-1 输送清水无因次H-Q变速特性曲线
图5-5-2 输送泥浆无因次H-Q变速特性曲线
测试结果表明，使用无量纲扬程特性（5-2）来表达提升泵切换动作的整体性能是完全可行的。根据测试获得的不同速度下的扬程H值和流量Q，首先通过等式（5-4）对扬程H和流量Q无因次，然后通过以下公式获得量之间的关系：下式：呵呵。由于普通管道所需的能量头是流速的二次函数，并且二次函数简单方便，因此具有足够的精度。订单与总和之间的函数关系为：
(5-5)
式中，A、B、C均为常数。
根据实验数据，通过函数逼近法获得（5-5）中的常数A，B和C，然后确定和之间的函数关系。然后将公式（5-4）替换为公式（5-5），并在正确完成后获得：
(5-6)
方程（5-6）是转速n的二次方程，电梯泵的转速n与扬程H和流速Q之间的关系可以得到：
(5-7)
因此，对于每个水头H和流Q，可以根据等式（5-7）计算所需速度。当以此速度使用提升泵时，它可以适应提升的变化，也可以适应流量的变化。当然，它也可以适应扬程或流量的单个变化，即在一定扬程下随着速度的变化而适应流量的变化。或调整速度以考虑特定电流下的升力变化。公式（5-7）是用于确定提升泵速度的数学模型。可以随时通过比较（5-7）准确确定调节提升泵所需的速度。这对于控制海底举升井中的海底泵的速度非常重要。
表5-3-1显示了对于给定的扬程H和流量Q，所需泥浆速度与根据公式（5-7）测得的测得速度之间的比较。可以看出，由变量计算得出的速度速度数学模型非常接近实验值。说明使用变速数学模型计算所需速度可以满足精度要求。
表5-5-1 模型计算转速与试验转速对比
流量 扬程 试验转速 模型计算转速
43.3 102.8 2603 2602
74.9 102.5 2607 2612
88.0 103.1 2621 2624
103.2 104.7 2650 2651
114.4 106.5 2684 2678
图5-5-3显示了在给定扬程H为120 m，流量Q为180 m3 / h至240 m3的给定扬程下，基于变速数学模型计算得出的泵送淡水和泥浆的转速变化。 /小时。 H.在提升高度恒定的情况下，转速从2841 rpm到2881 rpm不等，浆液为2865 rpm到2892 rpm。可以看出，在一定的扬程高度（扬程）条件下，流量从180 m3 / h变化到240 m3 / h，速度变化不大，调速范围小，可以保证海床的响应时间。 。泵转速保持恒定的环空压力。重要的是通过调节速度来调节流量，以调节海底泵的入口压力。
图5-5-3 输送泥浆无因次H-Q变速特性曲线
5.6本章小结
（1）针对系统配置方案，结合实验室已有设备进行海底泥浆举升钻井系统的搭建并进行调试；
（2）利用构建调试好的SMD试验系统，研究系统启动、正常钻进、接单根、井涌、井漏等几种常见钻井工况的模拟技术，确定出具体的试验操作流程。
6 总结及展望
6.1 总结
圆盘泥浆泵的原型开发和在不同工况下的性能参数，泵原型性能测试和泵频率控制策略已成功完成，泵原型的设计，测试平台的构建和调试已经完成。泵已成功完成。确认性能模拟测试和泵速控制。
（1）根据国产双斜率盘式泵的实际应用需求，对国内外双斜率钻探技术的应用现状和技术进步进行了研究。计算双斜面臀肌系统的参数。建议应用于双斜度的不同钻头。圆盘泵配置旨在研究圆盘泵尺寸参数对性能参数（如泵效率和升程）的影响。结合速度系数法和类似算法，实现了碟式泵叶轮结构尺寸的设计思想，并设计制造了500m水碟式泵的原型。
（2）根据系统配置方案，对海底泥浆盘式泵进行结构设计和强度检查，并对虚拟样机进行建模和仿真。盘式泵的电流场分析和结构强度基于流体固定耦合理论。和模态分析。
（3）寻找可以表达电梯水泵的开关性能的函数关系，以准确地确定在任何时间调整电梯水泵所需的速度；调查国内外智能泵的发展趋势，确定当前智能泵的速度控制方法；速度控制技术在水泵中的应用是基于Matlab仿真软件来模拟水泵的速度控制过程，并确定水泵的智能速度控制策略。
（4）结合现有实验室设备，建立和调试海底泥浆钻探系统，并使用已建造和调试的SMD测试系统启动系统，正常钻探，单根钻探，钻孔和漏失研究循环。用于一般钻井条件的模拟技术确定了特定的测试程序。根据具体的实验操作步骤，进行了圆盘泵样机的实验，部分是保证样机设计水力性能的实验，并对设计的水力参数进行了验证。另一部分是对提升泵原型的变速性能的研究：包括清水泵和泥浆泵在两种介质中原型的变速性能和恒压性能。
6.2 展望
本文中盘式泵的检查结果在双梯度钻井系统的实际应用中具有一定的参考作用。同时，它为碟式泵的设计和性能测试提供了更详细的数据，并在一定程度上为碟式泵的工业应用提供了指导。性测试。但是，由于有限的调查周期和条件，一些问题需要改进。
（1）不同类型的盘式泵的原型制造和性能测试
由于研究时期和条件的限制，各种类型和尺寸的盘式泵的制造和测试更加耗时且耗时较长。因此，只有设计好的原型可以单独进行测试，并且可以获得相关的实验数据。仿真方法得到了性能曲线，因此代表性不够广泛。
（2）海底泥浆提升泵工业样机的制造及性能试验
本文主要介绍磁盘泵实验室原型的设计和制造，但是实验数据不一定与设计的500m水下环境相匹配。毕竟，实验室和实际工作条件之间仍然存在很大差异。泵的工业样机的设计与制造以及其实际运行的测试对碟式泵的应用研究具有重要意义。
（3）碟泵智能调速研究
本文简要介绍了碟式泵的变频调速类型以及测试系统的整个电路模式，还可以更熟练地操作实验室变频器，但是由于它不是控制系统本身，而且研究周期短，我对这方面不是很熟悉，因此需要进一步研究智能系统在碟盘泵上的应用。
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致 谢
在论文的最后，作者向老师、同学和家人致以诚挚的谢意。
这篇论文是在陈教授的指导下写的。陈老师在生活中的关心，在学习和研究工作中的言行教育，使我想成功地完成自己的论文。严谨求实，广博的知识，独到的眼光，敏锐的洞察力，孜孜不倦的教育精神，都强烈地激励着作者，激励着他努力工作。同时，我要向他表示衷心的感谢，并在论文完成后寄给他！
作者在科研方面取得的进步和成就，近三年来，表明了导师的精心努力。我要感谢学院老师对作者正常工作和学习的帮助。我要感谢大学对我的培训。我还要感谢教授在百忙之中指导和评估我的论文。
衷心感谢各位老师和同学在学习、生活和毕业论文过程中给予的帮助和支持。
感谢作者家人多年来对我的支持、理解和关心。
再次感谢所有帮助和关心作者的朋友！我要对那些在百忙之中抽出时间审阅论文的学者和专家表示深切的感谢。
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