石油鉆采設(shè)備及工藝-李振林-§6-2-往復(fù)泵的流量分析

§6-2往復(fù)泵的流量分析一、活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、往復(fù)泵的流量及流量曲線

返回一、活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律往復(fù)泵的基本工作理論及其主要特性參數(shù)（流量、壓力）的計(jì)算，都是與活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律密切相關(guān)的，因此首先要了解活塞的運(yùn)動(dòng)情況。曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的往復(fù)泵，將曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)。活塞的位移、速度、加速度公式：式中：r－曲柄長(zhǎng)度；

l－連桿長(zhǎng)度；

λ－曲柄連桿比，λ＝r/l

－曲柄轉(zhuǎn)角，活塞由液力端向動(dòng)力端運(yùn)動(dòng)時(shí)，

活塞由動(dòng)力端向液力端運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了便于記憶和定性地分析活塞的運(yùn)動(dòng)，不考慮曲柄連桿比λ的影響，即認(rèn)為連桿無(wú)限長(zhǎng)，λ＝0。此時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：上式表明，曲柄－連桿傳動(dòng)往復(fù)泵活塞運(yùn)動(dòng)的速度和加速度分別近似地按正弦和余弦規(guī)律變化。上述公式中，正負(fù)號(hào)及的取值范圍，按以下原則確定：當(dāng)求活塞由液力端向動(dòng)力端的位移、速度和加速度時(shí)，取公式上面的符號(hào)，曲柄轉(zhuǎn)角在范圍內(nèi)取值；當(dāng)求活塞由動(dòng)力端向液力端運(yùn)動(dòng)的位移、速度和加速度時(shí)，取公式下面的符號(hào)，曲柄轉(zhuǎn)角在 范圍內(nèi)取值；當(dāng) 時(shí)，活塞處于死點(diǎn)位置。二、往復(fù)泵的流量及流量曲線

平均流量瞬時(shí)流量往復(fù)泵的流量曲線往復(fù)泵在單位時(shí)間內(nèi)理論上應(yīng)輸送的液體體積，稱作泵的理論平均流量，它與泵的活塞截面積F、活塞沖程長(zhǎng)度S，以及活塞每分鐘在缸套中往復(fù)的次數(shù)，即泵的沖次n有關(guān)。單作用泵，設(shè)缸數(shù)為i，其理論平均流量為：雙作用往復(fù)泵，活塞往復(fù)一次，液缸的前、后工作室輸送液體各一次，泵的理論平均流量為： 式中：f－活塞桿截面面積； （2F-f）S－活塞往復(fù)一次輸送液體的體積；實(shí)際上，（1）往復(fù)泵工作時(shí)，由于吸入閥和排出閥一般不能及時(shí)關(guān)閉，泵閥、活塞和其它密封處可能有高壓液體漏失；（2）泵缸中或液體內(nèi)含有氣體，降低吸入充滿度等原因，都可能使泵的實(shí)際輸送量有所降低，因而往復(fù)泵的實(shí)際平均流量要低于理論平均流量。實(shí)際平均流量為： 式中：－流量系數(shù)，一般為0.85~0.95范圍內(nèi)，對(duì)于大型的吸入條件較好的新泵，可取得大一些，可達(dá)0.97~0.99。平均流量由于往復(fù)泵的活塞運(yùn)動(dòng)速度是變化的，故每個(gè)液缸和泵的流量也是變量。

為此，必須引入瞬時(shí)流量的概念。假設(shè)，某單作用液缸的理論瞬時(shí)流量為：對(duì)單作用液缸，

吸入過(guò)程中吸入的瞬時(shí)理論流量為：

排出過(guò)程中排出的瞬時(shí)理論流量為： 式中的下標(biāo)m表示液缸或曲柄的順序編號(hào)1、2、3等， 當(dāng) 時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)處于極限位置，流量都為零。瞬時(shí)流量對(duì)雙作用泵，活塞將液缸分為前工作室和后工作室，若以Qcf和Qca分別表示液缸前后工作室的瞬時(shí)流量：當(dāng) 時(shí)，前工作室吸入，后工作室排出，公式前取“＋”號(hào)；當(dāng) 時(shí)，前工作室排出，后工作室吸入，公式前取“－”號(hào)；往復(fù)泵一般都由多個(gè)液缸組成，在曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周期間內(nèi)，幾個(gè)液缸按一定的規(guī)律交替進(jìn)行吸入或排出，整臺(tái)泵的瞬時(shí)流量由同一時(shí)刻各缸瞬時(shí)流量疊加而成。計(jì)算整臺(tái)泵的瞬時(shí)流量時(shí)，要根據(jù)各曲軸間存在角位差決定公式中的角參數(shù)，計(jì)算各液缸的瞬時(shí)流量時(shí)，須以相應(yīng)的角參數(shù)代入公式：三缸單作用泵的角位差，則雙缸雙作用泵的角位差 ，則往復(fù)泵的流量曲線往復(fù)泵工作時(shí)，在曲柄旋轉(zhuǎn)3600范圍內(nèi)，各液缸或工作室及泵的瞬時(shí)流量是按一定規(guī)律變化的。如果以曲柄轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，流量為縱坐標(biāo)，就可以作出圖示泵的瞬時(shí)流量和平均流量隨曲柄轉(zhuǎn)角變化的曲線。這類曲線稱為泵的流量曲線。通常，只需繪制吸入或排出過(guò)程的流量曲線。流量曲線除了比較形象地反映出整臺(tái)泵與各液缸或工作室瞬時(shí)流量間的關(guān)系及其隨曲柄轉(zhuǎn)角變化特點(diǎn)外，在往復(fù)泵的理論分析和計(jì)算中還具有下列用途：判斷流量的均勻程度：任何類型的往復(fù)泵，在曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，理論瞬時(shí)流量都是變化的，其最大值 、最小值 及理論平均流量 都可以由曲線找到。理論瞬時(shí)流量的最大差值與平均流量的比值，稱作往復(fù)泵的流量不均勻度：圖示為在不考慮曲柄－連桿比影響的情況下，單缸、雙缸、三缸及四缸單作用泵的流量曲線，其流量不均度分別為3.14，1.57，0.141，0.314。如不考慮活塞桿斷面面積f的影響，則單缸雙作用泵與雙缸單作用泵流量不均度相同，雙缸雙作用泵與四缸單作用泵的流量不均度也相同。當(dāng)往復(fù)泵缸數(shù)增多時(shí)流量趨于均勻，而單數(shù)缸效果更為明顯。從使用角度看，流量不均度越小越好。因?yàn)榱髁吭骄鶆?，管線中液流越接近穩(wěn)定流狀態(tài)，壓力變化也越小，有助于減小管線振動(dòng)，使泵工作平穩(wěn)。但缸數(shù)太多，泵結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，造價(jià)增高，維修困難。目前，鉆井泵大多數(shù)是三缸單作用或雙缸雙作用往復(fù)泵。確定泵輸送的液體體積在曲柄轉(zhuǎn)角 的范圍內(nèi)，每個(gè)液缸或工作室的流量曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積為A，而在同樣的曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，活塞位移由 ，泵所輸送的液體體積為V，它與面積A之間存在下列關(guān)系：上式表明，在同樣的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，泵或某個(gè)液缸所輸送的液體體積與流量曲線所包圍的面積成正比。