石油鉆采設備及工藝-李振林-§6-2-往復泵的流量分析

§6-2往復泵的流量分析一、活塞運動規(guī)律二、往復泵的流量及流量曲線

返回一、活塞運動規(guī)律往復泵的基本工作理論及其主要特性參數（流量、壓力）的計算，都是與活塞的運動規(guī)律密切相關的，因此首先要了解活塞的運動情況。曲柄連桿機構傳動的往復泵，將曲柄的旋轉運動變?yōu)榛钊耐鶑瓦\動。活塞的位移、速度、加速度公式：式中：r－曲柄長度；

l－連桿長度；

λ－曲柄連桿比，λ＝r/l

－曲柄轉角，活塞由液力端向動力端運動時，

活塞由動力端向液力端運動時，為了便于記憶和定性地分析活塞的運動，不考慮曲柄連桿比λ的影響，即認為連桿無限長，λ＝0。此時，活塞的運動規(guī)律為：上式表明，曲柄－連桿傳動往復泵活塞運動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，正負號及的取值范圍，按以下原則確定：當求活塞由液力端向動力端的位移、速度和加速度時，取公式上面的符號，曲柄轉角在范圍內取值；當求活塞由動力端向液力端運動的位移、速度和加速度時，取公式下面的符號，曲柄轉角在 范圍內取值；當 時，活塞處于死點位置。二、往復泵的流量及流量曲線

平均流量瞬時流量往復泵的流量曲線往復泵在單位時間內理論上應輸送的液體體積，稱作泵的理論平均流量，它與泵的活塞截面積F、活塞沖程長度S，以及活塞每分鐘在缸套中往復的次數，即泵的沖次n有關。單作用泵，設缸數為i，其理論平均流量為：雙作用往復泵，活塞往復一次，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－活塞往復一次輸送液體的體積；實際上，（1）往復泵工作時，由于吸入閥和排出閥一般不能及時關閉，泵閥、活塞和其它密封處可能有高壓液體漏失；（2）泵缸中或液體內含有氣體，降低吸入充滿度等原因，都可能使泵的實際輸送量有所降低，因而往復泵的實際平均流量要低于理論平均流量。實際平均流量為： 式中：－流量系數，一般為0.85~0.95范圍內，對于大型的吸入條件較好的新泵，可取得大一些，可達0.97~0.99。平均流量由于往復泵的活塞運動速度是變化的，故每個液缸和泵的流量也是變量。

為此，必須引入瞬時流量的概念。假設，某單作用液缸的理論瞬時流量為：對單作用液缸，

吸入過程中吸入的瞬時理論流量為：

排出過程中排出的瞬時理論流量為： 式中的下標m表示液缸或曲柄的順序編號1、2、3等， 當 時，活塞運動處于極限位置，流量都為零。瞬時流量對雙作用泵，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流量：當 時，前工作室吸入，后工作室排出，公式前取“＋”號；當 時，前工作室排出，后工作室吸入，公式前取“－”號；往復泵一般都由多個液缸組成，在曲軸轉動一周期間內，幾個液缸按一定的規(guī)律交替進行吸入或排出，整臺泵的瞬時流量由同一時刻各缸瞬時流量疊加而成。計算整臺泵的瞬時流量時，要根據各曲軸間存在角位差決定公式中的角參數，計算各液缸的瞬時流量時，須以相應的角參數代入公式：三缸單作用泵的角位差，則雙缸雙作用泵的角位差 ，則往復泵的流量曲線往復泵工作時，在曲柄旋轉3600范圍內，各液缸或工作室及泵的瞬時流量是按一定規(guī)律變化的。如果以曲柄轉角為橫坐標，流量為縱坐標，就可以作出圖示泵的瞬時流量和平均流量隨曲柄轉角變化的曲線。這類曲線稱為泵的流量曲線。通常，只需繪制吸入或排出過程的流量曲線。流量曲線除了比較形象地反映出整臺泵與各液缸或工作室瞬時流量間的關系及其隨曲柄轉角變化特點外，在往復泵的理論分析和計算中還具有下列用途：判斷流量的均勻程度：任何類型的往復泵，在曲軸轉動一周的過程中，理論瞬時流量都是變化的，其最大值 、最小值 及理論平均流量 都可以由曲線找到。理論瞬時流量的最大差值與平均流量的比值，稱作往復泵的流量不均勻度：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。當往復泵缸數增多時流量趨于均勻，而單數缸效果更為明顯。從使用角度看，流量不均度越小越好。因為流量越均勻，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，使泵工作平穩(wěn)。但缸數太多，泵結構變得復雜，造價增高，維修困難。目前，鉆井泵大多數是三缸單作用或雙缸雙作用往復泵。確定泵輸送的液體體積在曲柄轉角 的范圍內，每個液缸或工作室的流量曲線與橫坐標所包圍的面積為A，而在同樣的曲柄轉角范圍內，活塞位移由 ，泵所輸送的液體體積為V，它與面積A之間存在下列關系：上式表明，在同樣的轉角范圍內，泵或某個液缸所輸送的液體體積與流量曲線所包圍的面積成正比。