第四章 钻机的循环系统(第二讲).ppt

第四章 钻机的循环系统 4.2.1 活塞的运动规律 若往复泵的动力端不同，则活塞的运动规律也不同。 石油矿场用往复泵的动力端大多采用曲柄连杆机构。如图4-3所示。现以此为例来分析活塞的运动规律。 往复泵活塞运动的位移x、速度u和加速度a为：  （4-1）  （4-2） （4-3）式中 r—曲柄长度；ω—曲柄的角速度；φ—曲柄转角。 活塞由液力端向动力端运动时，φ=0～π； 活塞由动力端向液力端运动时，φ=π～2π。 从上述公式说明，往复泵活塞的运动速度和加速度分别近似地按正弦和余弦规律变化。 当φ=π时，活塞处于右死点位置；当φ=0和2π时，活塞处于左死点位置。 当φ=0～π时，上述公式中的正负号取上面的； 当φ=π～2π时，上述公式中的正负号取下面的。 4.2.2 往复泵的流量 泵的流量是指，单位时间内泵通过管道所输送的液体量。流量通常以单位时间内，所输送的液体体积来表示，称为体积流量，用符号Q表示，单位为L/s 或m3／s、m3／min等。1.理论平均流量Qth  往复泵在单位时间内，理论上应输送的液体体积，称作泵的理论平均流量。往复泵的流量与活塞工作面积F，活塞冲程S以及冲程次数有关。 对于单作用泵： Qth＝iFSn (4－4) 对于双作用泵： Qth＝i(2F-f)Sn (4－5) 在公式(4-4)和(4-5)中: Qth—理论平均流量，m3/min； S—冲程，m； i—液缸个数； F—活塞面积，m2； n—曲柄转速，r/min； f—活塞杆截面积，m2。2.实际平均流量Q 泵在实际工作中由于存在：吸入阀和排出阀一般不能及时关闭；密封处可能有高压液体泄漏；液缸中或液体中可能混有空气而降低吸入充满度，等等原因。所以，往复泵的实际平均流量要低于理论平均流量。即 Q＝μQth （4-6） 式中 μ—流量系数，它反映泵内泄露损失的大小。一般取μ=0.85～0.95。往复泵的实际工作过程与理论工作过程有一定的差异，而使泵实际流量小于理论流量，具体分析如下： 综上所述，导致实际流量小于理论流量的主要原因是： 吸入和排出过程开始阶段的冲程损失，压缩液体和气体等引起的冲程损失和各密封处的漏失损失。 即，一方面由于实际进泵液体小于理论流量，另一方面由于进泵后获得能量的液体存在漏失。 3.瞬时流量Qcm 对于单作用泵： Qcm＝Fu (4－7) 即 Qcm≈±Frωsinφm (4－8) 公式中下标m表示曲柄或液缸的顺序编号1、2、3等。 从公式可知，当φm=0，π，2π时，活塞处于死点位置，此时刻，其瞬时流量都为零。 对于单作用泵： Qcfm≈±Frωsinφm (4－9) Qcam≈±(F-f)rωsinφm (4－10) 公式中±号如何选取：当φm=0～π时，公式前取+号；当φm=π～2π时，公式前取-号。 实际上，往复泵一般都是由几个液缸组成，整台泵的瞬时流量由同一时刻各液缸瞬时流量叠加而成。计算整台泵的瞬时流量时，要根据各曲轴间的角相位差决定公式中的角参数。4.往复泵的流量曲线及其应用 往复泵在工作时，在曲柄旋转一周(2π)内，各液缸(或工作室)及泵的瞬时流量按一定规律变化。（1）流量曲线 如果以曲柄转角φ为横坐标，流量为纵坐标，即可作出泵的瞬时流量和平均流量随曲柄转角变化的曲线，称之为泵的流量曲线。它直观地反映出了整台泵与液缸或工作室瞬时流量之间的关系，及其随曲柄转角的变化关系。 图4-4、图4-5、图4-6、图4-7和图4-8分别是单缸单作用泵、单缸双作用泵、双缸单作用泵、双缸双作用泵和三缸单作用泵的流量曲线。 （2）流量曲线的应用 ①可判断泵流量的均匀程度。 通过流量曲线可以找到理论流量的最大值Qmax、最小值Qmin及理论平均流量Qth。 任何类型的往复泵，在曲柄转动一周的过程中，其理论瞬时流量都是变化的。在往复泵的运行中，总希望泵的流量均匀，工作平稳。故引入了泵的流量不均度，