针对分层采油泵内柱塞与泵筒间隙密封泄漏问题,为探究分层采油泵迷宫密封机理和分层采油泵密封槽在不同泵间隙下适用的油液黏度范围,基于计算流体动力学理论对其间隙流场进行数值模拟分析。分析结果表明油液通过节流间隙将压力能转化为动能,进入密封槽后形成1个大涡流和3个小涡流将动能转化为热能,从而达到密封作用;对于一级泵间隙,当油液黏度大于2 mPas时,纯间隙段阻流效果优于密封槽段;对于二级泵间隙,当油液黏度大于2.5 mPas时,纯间隙段阻流效果优于密封槽段;对于三级泵间隙,当油液黏度在1~6 mPas区间时,密封槽段阻流效果始终优于纯间隙段。研究结果可为分层采油泵的现场应用提供理论依据和参考。

分层采油泵内柱塞与泵筒间隙密封的间隙几何参数和密封槽结构对阻流效果皆有影响。为探究有限长度泵间隙下密封槽的槽宽和数量对泄漏量的影响,基于Naiver-Stokes方程建立产出液在间隙流动控制方程,基于计算流体动力学对间隙流场进行数值分析。以广泛使用的FCCYB38-28A型分层采油泵为例(其配合间隙有3种,分别为0.045、0.095及0.145 mm),分析不同泵间隙下密封效果随密封槽的尺寸和数量变化的规律。结果表明:0.045 mm密封间隙下泄漏率随密封槽槽宽波动变化,先减小后增大;0.095、0.145 mm密封间隙下泄漏率随着密封槽槽宽增大而减小;0.145 mm密封间隙下,随密封槽数量增加泄漏率减小,但由于密封槽数量增多产生的透气效应使得泄漏率减小趋势逐渐趋于平缓;在给定密封长度和0.145 mm间隙下密封槽数量取21个、尺寸取1.5 mm×1.5 mm时间隙密封具有较好的阻流效果。