Зависимость подачи жидкости от расхода газа.
Качественную характеристику процесса движения газожидкостной смеси (ГЖС) в вертикальной трубе легче уяснить из следующего простого опыта (рис. VII.1). Представим, что трубка 1 длиною L погружена под уровень жидкости неограниченного водоема на глубину h. К нижнему открытому концу трубки, который по аналогии с промысловой терминологией будем называть башмаком, подведена другая трубка 2 для подачи с поверхности сжатого газа. На трубке имеется регулятор расхода 3, с помощью которого можно установить желаемый расход газа.
Рис. VII.1. Принципиальная схема газожидкостного подъемника
Давление у башмака подъемной трубки 1 будет равно гидростатическому на глубине h — Р1 = pgh и, очевидно, не будет изменяться от того, много или мало газа подается к башмаку. По трубке 2 подается газ, и в трубке 1 создается газожидкостная смесь средней плотности рс, которая поднимается на некоторую высоту Н. Поскольку внутренняя полость трубки 1 и наружная область являются сообщающимися сосудами, имеющими на уровне башмака одинаковые давления, то можно написать равенство откуда:
(VII. 1)
Плотность смеси в трубке рс зависит от расхода газа V. Чем больше V, тем меньше рс. Следовательно, изменяя V, можно регулировать Н. При некотором расходе V = V1 величина Н может достигнуть L. При V<V1 H<L. При V>V1 H>L и наступит перелив жидкости через верхний конец трубки 1. При дальнейшем увеличении V расход поступающей на поверхность жидкости q увеличится. Однако при непрерывном увеличении V расход жидкости не будет увеличиваться непрерывно, так как под воздействием неизменяющегося перепада давления
Δр = Р1 – Р2 (Р1 = const, так как h = const), труба определенной длины L и диаметра d должна пропускать конечное количество жидкости, газа или газожидкостной смеси. Таким образом, при некотором расходе газа V=V2 дебит достигнет максимума q = q max.
Можно представить другой крайний случай, когда к башмаку подъемной трубы подводится так много газа, что при постоянном перепаде давления Δр = Р1 – Р2 будет идти только газ, и Δр будет расходоваться на преодоление всех сопротивлений, вызванных движением по трубе чистого газа. Расход этого газа пусть будет V=V3. Если к башмаку подать еще больший расход (V>V3), то излишек газа не сможет пройти через подъемную трубу, так как ее пропускная способность при данных условиях (L, d, Δр) равна только V3, и устремится мимо трубы, оттесняя от башмака жидкость. Очевидно, при этом расход жидкости будет равен нулю (q = 0). Таким образом, из этого опыта можно сделать следующий вывод.
1. При V<V1 q = 0 (H<L).
2. При V=V1 q = 0 (H=L) (начало подачи)
3. V 1< V < V 2 0< q < q mах (H>L).
4.При V=V2 q = q mах (точка максимальной подачи)
5. При V2<V< V 3 q mах > q > 0.
6. При V=V3 q = 0 (точка срыва подачи).
Обычно правая ветвь кривой q(V) (рис. VII.2) пологая, левая крутая. Для всех точек кривой постоянным является давление Р1, так как погружение h в процессе опыта не изменялось. Существует понятие — относительное погружение ε = h/L. Таким образом, для данной кривой ее параметром будет величина относительного погружения ε.
