基于均匀设计的混砂车搅拌桨结构改进.pdf

机槭设计与制造
第5期
120
Machinery Design Manufacture
年5月
基于均匀设计的混砂车搅拌桨结构改进
周思柱,刘奔,华剑,刘春雪,王勇,黄天成
(长江大学机械工程学院,湖南荆州434023)
摘要:为了提高压裂液的混合效率,以HS210混砂车搅拌桨为研究对象,在保证压裂液质量的前提下,利用均匀设计法
安排试验,用流体分析软件 FLUENT对各种试验条件下的混合流场经行了模拟计算。通过对试验结果的回归分析,分别
建立了搅拌桨参数与搅拌功率、搅拌时间的关系式,提出了显著影响搅拌功率和搅拌时间的设计参数,并以最小搅拌时
间为目标对搅拌桨进行了结构改进,最后对改进后的模型进行模拟验证。结果表明,改进后的搅拌系统能减少混合时间
提高混砂车的工作效率
关键词搅拌桨;均匀设计;数值模拟;回归分析;结构设计
中图分类号:TH16;7TB482.2文献标识码:A文章编号:1001-3997(2013)05-0120-03
Structure Improvement of the Stirring Paddle of Fracturing Blender
Truck Based on Uniform Design
ZHOU Si-zhu, LIU Ben, HUAJIAN, LIU Chun-xue, WANG Yong, HUANG Tian-cheng
(School of Mechamical Engineering, Yangtze University, Hu'nan Jingzhou 434023, China)
Abstract: /n order to improue the mixing eff ciency of the fracturing fluid, the stirring paddle of the HS210 fracturing blender
truck is the bject ofstudy. Under the premise fensing e wd of the fracturing uid, i used a uniform design method
to arrange test and simulate al the tests through uid analysis sofre FLUENT. Through the regression analysis of test
results, the relations betueen the impeller parameters and mixing power &mixing time are respectiely established. A lso it
made a sign ficant impact on the design parameters of the mixing power and mixing time, and improued the structural of
stirring paddle for the target of minimum mixing time. sing the FLUENT software tosimulate and dida the improed
model,, the result shows that the improued impellers can reduce the miing time and improve the work efficiency of fracturing
blender truck
Key Words: Stirring Paddle; Uniform Design; Numerical Simulation; Regression Analysis; Structure Design
的试验工作。正交试验设计虽然与全面试验相比大大減少了试验
压裂作业是油田增产的主要措施,压裂液搅拌装置的性能次数,但是,它的试验次数是水平数平方的整数倍。在生产和科研
对搅拌效果有重要影响。随着油田开发难度的增大,用户对压裂中,当因素的水平数大于5时,往往因试验次数太多而不适用,尤
液搅拌装置的性能和搅拌均匀度提出了更高的要求。用CFD(汁其对试验周期长、费用高的试验更是如此。均匀设计叩一种近年
算流体动力学)方法,来模拟和预测各种儿何尺寸和操作条件約来我国兴起的新型试验设计方法,其特点是不考虑试验点的“整
齐可比”性,而让其在试验范围内充分地“均匀分散”,可以大大地
搅拌混合流体的流动和混合特性,是搅拌混合技术的发展趋势,
减少试验点的数量。由于均匀设计不再具有整齐可比的特性,不
与试验方法相比,CFD方法可以轻松方便的提取混合设备的速度
能像正交试验那样,通过简单的方差分析方法来处理所得的数
场、温度场和浓度场。
据,而必须借助计算机进行数据处理。运用计算机处理均匀设计
以HS210混砂车搅拌桨为研究对象,利用均匀设计法安排
的试验数据,不仅可以考察各参数对因变量的影响,而且能根据
试验,用流体分析软件 FLLENT对各组试验进行模拟计算,将得
有限的试验数据研究参数之间的相互关系。
到的结果用回归分析来处理,分别得到搅拌桨各参数与搅拌时
间搅拌功率的关系式,并以减少搅拌时间为目的对搅拌桨进行2.1因数选择
改进。
210混砂车使用的是双层开启涡轮式搅拌桨,其结构,如
图1所示,已知可能影响搅拌效果的搅拌桨参数叫为:上桨半径,
2试验方案设计
下桨半径,上下桨距,下桨罐底距,转速。因此选择这5个变量作
搅拌桨是混砂车搅拌裝置的重要部件,对其优化需做大量为考察因子,各因子的取值范围参考混砂车的实际尺寸,并结合
来稿日期:2012-07-04
基金项目:国家重大专项(2011ZX05048);国家863计划资助项目(2009A063601)
作者简介:周思,(1963-),男、湖北钟祥人,教授,博土生导师,主要研究方向:石油机械的教学与科研工作