钻井液连续波发生器转阀设计与信号特性分析

2 0 1 0年 第 3 8卷 第 2期 石 油 机 械 CHI NA P ET ROL E UM MAC HI NE RY ． 一 专 题 研 究 钻 井液 连 续 波发 生器 转 阀设 计 与 信 号 特 性 分 析 贾 朋 房 ( 1 ．中国石油大学 ( 华 东)机 电工程 学院 军 李 林 2 ．中 国石 油 集 团钻 井 工 程技 术研 究 院 ) 摘要 为了改善信号发生器的控制性能、提高连续波信号的产生速 率与传输距离，需要设计 合理 的转阀阀 口 形状。根据压力． 流量关系式推导出可 以获得简谐波压力信号 的阀 口形状 曲线方 程，并据此方程对设计的转阀定转子形状进行 了修 正。通过 三维流场仿真分析 了不 同定、转子轴 向间 隙对 压力 波信 号 的影响 。结果 表 明， 当轴 向间 隙小 于 1 m m 时 ，推 导 所得 的转 阀 阀 口曲线 可 以获得较理想的简谐波压力信号。为 了解决减小轴 向间隙引起 的阀口冲蚀和堵塞 问题，建议在 转 阀设计中增加与转阀并联 的旁路，在转阀入 口 处增加过滤装置。 关键词 钻 井液连 续波 转 阀设计 阀 口曲线 简谐 波信 号 轴 向 间隙 转 阀是 钻井 液 连续 波 信 号 发 生 器 的核 心 部 件 ， 其设计关系到信号的质量 、信号发生器的控制性能 和转阀的寿命等。 目前 ，转 阀阀 口形状 主要有扇 形¨ 、三角形 和圆形一 矩形 等。这些 阀口形状 所产生的压力信号波形与简谐压力波偏差较大 ，含 有较 大 的谐波 分量 ，这 些谐 波分 量在钻 井液 通道 中 衰减很快 。为 了改善信号发生器的控制性能、提高 连续波信号的产生速率与传输距离，需要设计合理 的转 阀阀口形状 ，笔者 以获得简谐压力波为 目 标 ， 研究 转 阀阀 口形状 的设计 方法 ，然 后通 过 流场仿 真 对压力波信号特性的影响因素进行 了分析。 1 简谐压力波 阀 口形状 曲线方程 钻井液连续波信号发生器属于旋转节流型信号 发生 器 ，其 主要 部件 为 1 个 定 子和 1 个 转 子 ，转 子 由电动机控 制 ，按 一 定 的规 律相 对 于定子 打开 或者 关闭时，就会产生脉 冲或者连 续压力波 动 。改 变 转子 的运 动规律 或 者转 阀 阀 口形状 可 以获得 多种 形式的压力波信号，其 中以简谐压力波信号的频谱 能量最 为集 中 。改 变转 子运 动规 律获得 简谐 压力 波 需 要复 杂 的控 制算 法 ，并且 电动 机一 直处 于加 、减......