第四章 鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)(第二講)_第1頁(yè)
第四章 鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)(第二講)_第2頁(yè)
第四章 鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)(第二講)_第3頁(yè)
第四章 鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)(第二講)_第4頁(yè)
第四章 鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)(第二講)_第5頁(yè)
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1、鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案2013年年7月月鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案4.2.1 活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 若往復(fù)泵的動(dòng)力端不同,則活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律也不同。 石油礦場(chǎng)用往復(fù)泵的動(dòng)力端大多采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)。如圖4-3所示。現(xiàn)以此為例來(lái)分析活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。圖圖4-3 4-3 往復(fù)泵往復(fù)泵活塞運(yùn)動(dòng)示意活塞運(yùn)動(dòng)示意圖圖鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 往復(fù)泵活塞運(yùn)動(dòng)的位移x、速度u和加速度a為: (4-1) (4-2) (4-3)式中 r曲柄長(zhǎng)度;曲柄的角速度;曲柄轉(zhuǎn)角。 活塞由液力端向動(dòng)力端運(yùn)動(dòng)時(shí),=0; 活塞由動(dòng)力端向液力端運(yùn)動(dòng)時(shí),=2。 從上述公式說(shuō)明,往復(fù)泵活塞的運(yùn)動(dòng)速度和加速度分別近似地按正

2、弦和余弦規(guī)律變化。 當(dāng)=時(shí),活塞處于右死點(diǎn)位置;當(dāng)=0和2時(shí),活塞處于左死點(diǎn)位置。 當(dāng)=0時(shí),上述公式中的正負(fù)號(hào)取上面的; 當(dāng)=2時(shí),上述公式中的正負(fù)號(hào)取下面的。 cosrasinru)cos1( rx2 鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 泵的流量是指,單位時(shí)間內(nèi)泵通過(guò)管道所輸送的液體量。流量通常以單位時(shí)間內(nèi),所輸送的液體體積來(lái)表示,稱為體積流量,用符號(hào)Q表示,單位為L(zhǎng)/s 或m3s、m3min等。1.理論平均流量Qth 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。往復(fù)泵的流量與活塞工作面積F,活塞沖程S以及沖程次數(shù)有關(guān)。 對(duì)于單作用泵: Q QththiFSniFSn

3、(44) 對(duì)于雙作用泵: Q Qththi(2F-f)Sni(2F-f)Sn (45)鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 在公式(4-4)和(4-5)中: Qth理論平均流量,m3/min; S沖程,m; i液缸個(gè)數(shù); F活塞面積,m2; n曲柄轉(zhuǎn)速,r/min; f活塞桿截面積,m2。2.實(shí)際平均流量Q 泵在實(shí)際工作中由于存在:吸入閥和排出閥一般不能及時(shí)關(guān)閉;密封處可能有高壓液體泄漏;液缸中或液體中可能混有空氣而降低吸入充滿度,等等原因。所以,往復(fù)泵的實(shí)際平均流量要低于理論平均流量。即 QQth (4-6) 式中 流量系數(shù),它反映泵內(nèi)泄露損失的大小。一般取=0.850.95。往復(fù)泵的實(shí)際工作過(guò)

4、程與理論工作過(guò)程有一定的差異,而使泵實(shí)際流量小于理論流量,具體分析如下:鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案1.1.吸入過(guò)程吸入過(guò)程 在排出終了和吸入開(kāi)始的瞬間,在排出終了和吸入開(kāi)始的瞬間,排出閥由于排出閥由于滯后不能及時(shí)關(guān)閉滯后不能及時(shí)關(guān)閉,同時(shí),同時(shí)吸入閥不能及時(shí)開(kāi)啟。吸入閥不能及時(shí)開(kāi)啟。當(dāng)吸入過(guò)程結(jié)束,當(dāng)吸入過(guò)程結(jié)束,活塞從前死點(diǎn)開(kāi)始向右移動(dòng),活塞從前死點(diǎn)開(kāi)始向右移動(dòng),工作腔內(nèi)的工作腔內(nèi)的液體壓力不可能驟降液體壓力不可能驟降,而是逐漸下降,而是逐漸下降,使排出閥關(guān)閉。同時(shí),只有當(dāng)泵內(nèi)壓力使排出閥關(guān)閉。同時(shí),只有當(dāng)泵內(nèi)壓力低于低于吸入吸入管線壓力時(shí),管線壓力時(shí),吸入閥開(kāi)啟吸入閥開(kāi)啟,液體才開(kāi)始

5、吸入,所,液體才開(kāi)始吸入,所以以泵的實(shí)際吸入行程要比理想的短。泵的實(shí)際吸入行程要比理想的短。 此外,在吸入過(guò)程中存在著此外,在吸入過(guò)程中存在著高壓液體通過(guò)已高壓液體通過(guò)已關(guān)閉的排出閥密封面向工作腔的泄漏關(guān)閉的排出閥密封面向工作腔的泄漏(對(duì)于雙作(對(duì)于雙作用泵,還存在另一工作腔的高壓液體通過(guò)活塞密用泵,還存在另一工作腔的高壓液體通過(guò)活塞密封面向低壓側(cè)的泄漏封面向低壓側(cè)的泄漏); 外界空氣外界空氣通過(guò)密封不嚴(yán)密處進(jìn)入工作腔;通過(guò)密封不嚴(yán)密處進(jìn)入工作腔; 溶解在液體中的氣體溶解在液體中的氣體因壓力降低而析出以及因壓力降低而析出以及液體吸入時(shí)帶進(jìn)來(lái)的液體吸入時(shí)帶進(jìn)來(lái)的氣體氣體,這些都占據(jù)了一定的,這些

6、都占據(jù)了一定的工作腔容積,工作腔容積,使實(shí)際吸入的液體小于行程容積,使實(shí)際吸入的液體小于行程容積,造成容積損失。造成容積損失。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案2.排出過(guò)程排出過(guò)程 在排出開(kāi)始瞬間,在排出開(kāi)始瞬間,吸入閥由于吸入閥由于滯后也不能及時(shí)關(guān)閉,以及液體滯后也不能及時(shí)關(guān)閉,以及液體在高壓下的可壓縮性在高壓下的可壓縮性(特別是工作特別是工作腔內(nèi)含有氣體則更為明顯腔內(nèi)含有氣體則更為明顯),使工使工作腔內(nèi)的液體壓力不可能驟增,作腔內(nèi)的液體壓力不可能驟增,而是逐漸升高而是逐漸升高,直至吸入閥關(guān)閉,直至吸入閥關(guān)閉,腔內(nèi)壓力大于排出管線壓力后,腔內(nèi)壓力大于排出管線壓力后,排出閥開(kāi)啟,液體才開(kāi)始排出。

7、排出閥開(kāi)啟,液體才開(kāi)始排出。實(shí)際排出行程也要比理論行程短實(shí)際排出行程也要比理論行程短,在排出過(guò)程中也存在高壓液體通在排出過(guò)程中也存在高壓液體通過(guò)吸入閥密封面以及活塞,填料過(guò)吸入閥密封面以及活塞,填料箱等密封處向低壓側(cè)的箱等密封處向低壓側(cè)的泄漏,使泄漏,使實(shí)際排出的液體量小于行程容積。實(shí)際排出的液體量小于行程容積。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案綜上所述,導(dǎo)致實(shí)際流量小于理論流量的主要原因是: 吸入和排出過(guò)程開(kāi)始階段的沖程損失,壓縮液體和氣體等引起的沖程損失和各密封處的漏失損失。 即,一方面由于實(shí)際進(jìn)泵液體小于理論流量,另一方面由于進(jìn)泵后獲得能量的液體存在漏失。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案3

8、.瞬時(shí)流量Qcm 對(duì)于單作用泵: QcmFu (47) 即 QcmFrsinm (48) 公式中下標(biāo)m表示曲柄或液缸的順序編號(hào)1、2、3等。 從公式可知,當(dāng)m=0,2時(shí),活塞處于死點(diǎn)位置,此時(shí)刻,其瞬時(shí)流量都為零。 對(duì)于單作用泵: QcfmFrsinm (49) Qcam(F-f)rsinm (410) 公式中號(hào)如何選?。寒?dāng)m=0時(shí),公式前取+號(hào);當(dāng)m=2時(shí),公式前取-號(hào)。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 實(shí)際上,往復(fù)泵一般都是由幾個(gè)液缸組成,整臺(tái)泵的瞬時(shí)流量由同一時(shí)刻各液缸瞬時(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)各曲軸間的角相位差決定公式中的角參數(shù)。4.往復(fù)泵的流量曲線及其應(yīng)用 往復(fù)

9、泵在工作時(shí),在曲柄旋轉(zhuǎn)一周(2)內(nèi),各液缸(或工作室)及泵的瞬時(shí)流量按一定規(guī)律變化。(1)流量曲線 如果以曲柄轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo),流量為縱坐標(biāo),即可作出泵的瞬時(shí)流量和平均流量隨曲柄轉(zhuǎn)角變化的曲線,稱之為泵的流量曲線。它直觀地反映出了整臺(tái)泵與液缸或工作室瞬時(shí)流量之間的關(guān)系,及其隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案圖圖4-4 4-4 單缸單作用泵流量曲線單缸單作用泵流量曲線鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案圖圖4-5 4-5 單缸雙作用泵流量曲線單缸雙作用泵流量曲線鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案圖圖4-6 4-6 雙缸單作用泵流量曲線雙缸單作用泵流量曲線鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案

10、圖圖4-7 4-7 雙缸雙作用泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及流量曲線雙缸雙作用泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及流量曲線鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案圖圖4-8 4-8 三缸單作用泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及流量曲線三缸單作用泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及流量曲線鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 圖4-4、圖4-5、圖4-6、圖4-7和圖4-8分別是單缸單作用泵、單缸雙作用泵、雙缸單作用泵、雙缸雙作用泵和三缸單作用泵的流量曲線。 (2)流量曲線的應(yīng)用 可判斷泵流量的均勻程度。 通過(guò)流量曲線可以找到理論流量的最大值Qmax、最小值Qmin及理論平均流量Qth。 任何類型的往復(fù)泵,在曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中,其理論瞬時(shí)流量都是變化的。在往復(fù)泵的運(yùn)行中,總希望泵的流量均勻,

11、工作平穩(wěn)。故引入了泵的流量不均度,來(lái)衡量泵的流量不均勻程度。 往復(fù)泵的流量不均度Q為:(Qmax-Qmin)與Qth的比值。即 Q(Qmax-Qmin)/Qth (4-11)鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 顯然,對(duì)于不同類型的往復(fù)泵,其流量不均度是不一樣的,它們皆可由流量曲線求得。 幾種往復(fù)泵的流量不均度如下: 單缸單作用泵3.14;單缸雙作用泵1.71.85;雙缸單作用泵1.57;雙缸雙作用泵0.330.48;三缸單作用泵0.141;四缸單作用泵0.325。比較而言,三缸單作用泵工作更平穩(wěn)??纱_定泵輸送的液體體積。 用A表示曲線與橫坐標(biāo)軸圍成的面積,V表示泵所輸送的液體體積,則流量體積V與

12、面積A有如下關(guān)系: VA/ (4-12) 可檢驗(yàn)曲柄布置是否合理。 從流量曲線可發(fā)現(xiàn)各液缸瞬時(shí)流量疊加是否合理,從而檢驗(yàn)曲柄布置方案的合理性。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 1.往復(fù)泵流量不均勻的危害 往復(fù)泵瞬時(shí)流量的脈動(dòng),引起吸入管路和排出管路中液體的不均勻流動(dòng),從而產(chǎn)生了加速度和慣性力,增加了泵的吸入和排出阻力。將將導(dǎo)致的危害性有: 降低泵的吸入性能;引起管路壓力脈動(dòng)及管路振動(dòng);破壞泵的穩(wěn)定運(yùn)行。2.解決方案 合理布置曲柄的位置。 采用多缸泵或無(wú)脈動(dòng)泵。目前多使用三缸單作用泵。 縮短管路長(zhǎng)度,增大內(nèi)徑,減小往復(fù)次數(shù)(即沖數(shù))。 設(shè)置空氣包。儲(chǔ)存和釋放液體,使脈動(dòng)程度降低。鉆井機(jī)械電子教案

13、鉆井機(jī)械電子教案 往復(fù)泵的揚(yáng)程:?jiǎn)挝毁|(zhì)量(或重量)的液體經(jīng)過(guò)泵后增加的能量,用單位J/kg或J/N表示,也可用m液柱表示。 液體的位置水頭、壓力水頭和速度水頭分別表示單位重量液體所具有的位能、壓能及動(dòng)能大小。它們之和是液體的總水頭,即單位重量液體所具有的總能量。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案1.泵的揚(yáng)程用下式表示: (4-13)式中 pA、pB分別為吸入罐和排出罐的液面壓力,Pa; cA、cB分別為吸入罐和排出罐液面上液體的流速,m/s; Z為吸入罐與排出罐液面總高度差,Z=Z1+Z0+Z2,m; Z1為吸入罐斷面處至吸入罐液面的高度差,m; Z2為排出罐斷面處至排出罐液面的高度差,m; Z

14、0為真空表與壓力表的高度差,m; h為吸入管和排出管段內(nèi)總的水力損失,m。hgccgppZHABAB222鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 當(dāng)pA=pB,cA0,cB0,且pA=pB 時(shí),則(4-13)變?yōu)椋?H HZ+hZ+h (4-14)2.泵的有效揚(yáng)程可直接根據(jù)表壓讀數(shù)計(jì)算,即 (4-15) 式中 pv為吸入口處真空表的讀數(shù);pg為排出口處壓力表的讀數(shù)。 在工程實(shí)際計(jì)算時(shí),由于pv和Z0相對(duì)很小,可略去不計(jì),通常直接用表壓力代表泵的有效揚(yáng)程。即 HpHpg g/g/g0ZgpgpHvg鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案1.泵的有效功率 往復(fù)泵的功率:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)液體由泵所獲得的總能量,即為泵

15、的輸出功率(有效功率)??杀硎緸?NO=gQH/1000 (4-16)式中 NO輸出功率,Kw;被輸送液體的密度, kg/m3;Q泵的實(shí)際平均流量,m3/s。2.泵的效率 泵的總效率為 =NO/Ni (4-17)式中 為泵的總效率;Ni為輸入功率,且NiNO。3.一臺(tái)泵組所需的動(dòng)力機(jī)功率為: Np=Ni/tr=NO/(tr) (4-18)鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案1.機(jī)械效率 泵的機(jī)械效率為 m=(Ni-Nm)/Ni (4-19)2.容積效率 泵的容積效率為 v=Q/(Q+Q) (4-20)式中 為泵的總效率;Ni為輸入功率,且NiNO。3.水力效率 泵的水力效率為 h=H/(H+hb)

16、 (4-21) 4.總效率 泵的總效率為 =NO/Ni=mvh (4-22) 泵的總效率可由試驗(yàn)測(cè)定。 一般情況下,可取=0.750.90。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 1.瞬時(shí)流量不均勻; 2.具有自吸能力。往復(fù)泵所以能從吸入池中吸入液體,是由于活塞在液缸內(nèi)運(yùn)動(dòng),使缸內(nèi)壓力低于吸入池液面上的壓力,在壓力差的作用下液體流進(jìn)液缸。 液缸內(nèi)的吸入壓力不能無(wú)限制地降低。因?yàn)楫?dāng)吸入壓力小于或等于液體在該溫度下的汽化壓力時(shí),部分液體就會(huì)在缸內(nèi)開(kāi)始汽化,其結(jié)果將使泵的充滿系數(shù)降低,甚至產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。嚴(yán)重的氣蝕將導(dǎo)致水擊,使泵不能正常工作,甚至損壞泵的零部件。 所以,應(yīng)使液缸內(nèi)的最小吸入壓力始終大于液體

17、的汽化壓力。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 3.排出壓力與結(jié)構(gòu)尺寸和轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。往復(fù)泵的流量幾乎與排出壓力無(wú)關(guān),不能用關(guān)閉出口閥調(diào)節(jié)流量,否則將引起動(dòng)力機(jī)過(guò)載或泵的損壞。往復(fù)泵一般都設(shè)有安全閥,當(dāng)泵壓超過(guò)一定限制時(shí),就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)泄壓。 4.泵閥運(yùn)動(dòng)滯后于活塞運(yùn)動(dòng)。活塞速度越快,滯后現(xiàn)象就越嚴(yán)重,所以提高泵速受限制。 5.適用于高壓、小流量和高粘度的液體。如表所列, 是幾種液體在不同溫度下的汽化壓力。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 往復(fù)泵的特性曲線:是表示泵的流量、功率、效率等參數(shù)與壓力之間的關(guān)系曲線。 往復(fù)泵在單位時(shí)間內(nèi)排出的液體體積取決于活塞或柱塞的截面積A,沖程長(zhǎng)度S、沖次n以及缸數(shù)i,

18、而與往復(fù)泵的排出壓力無(wú)關(guān)。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 如圖4-9所示。若以橫坐標(biāo)表示泵的流量Q,以縱坐標(biāo)表示壓力p,則泵的理論特性曲線(p-Q曲線)應(yīng)是垂直于橫坐標(biāo)的直線(實(shí)線)。 實(shí)際上,隨著泵壓的提高,泵的漏失量將增加,即流量系數(shù)要相應(yīng)變小,所以泵的流量隨著泵壓的升高略有減小,即p-Q曲線略有傾斜,如圖4-9中的虛線所示。圖圖4-9 4-9 往復(fù)泵特性曲線往復(fù)泵特性曲線鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 對(duì)鉆井泵而言,其泵壓是隨井深增加而加大的,因此當(dāng)井深增加時(shí),即使缸套和泵沖數(shù)都不變,泵流量亦將有所減小。 實(shí)際上,泵的沖數(shù)決定于動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)械傳動(dòng)比,當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)比一定時(shí),如果動(dòng)力機(jī)驅(qū)

19、動(dòng)特性較硬(如柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)泵),泵沖數(shù)基本上不受泵壓變化的影響,泵的流量如圖4-9所示。 若動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的特性較軟(如液力變矩器驅(qū)動(dòng)泵),隨著泵壓的變化,泵的沖數(shù)隨之變化,其流量自動(dòng)調(diào)節(jié),以保證往復(fù)泵在一定范圍內(nèi)接近恒功率工作,此時(shí)泵的p-Q曲線接近雙曲線。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 泵必須和管路組成一定的輸送系統(tǒng),才能輸送液體,在輸送的過(guò)程中,液體遵守質(zhì)量守恒和能量守恒這兩個(gè)基本規(guī)律,即是說(shuō),單位時(shí)間內(nèi)由泵所輸送的液體的流量Q等于流過(guò)管路任一斷面的液體量Q。同時(shí),泵所提供給液體的能量H全部消耗在管路的能量損失和提高液體靜壓能上。即 HH。 H為單位質(zhì)量液體流過(guò)管路的能量損失及液體的靜揚(yáng)

20、程之和。若用Hpot表示靜揚(yáng)程,則H= Hpoth。 h是單位質(zhì)量液體流過(guò)管路的能量損失,可表達(dá)為 h=kQ2 (423) 對(duì)于固定管路,k為常數(shù)。則管路特性為 H= HpotkQ2 (424) 鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 將(4-24)式中的揚(yáng)程轉(zhuǎn)換為壓力降。則以壓力降表示的管路特性即為 pgHpotgkQ2 (425)式中 為流體的密度,kg/m3;g為重力加速度,N/kg。 以流量Q為橫坐標(biāo),壓力降p為縱坐標(biāo),就可作出往復(fù)泵的管路特性曲線。往復(fù)泵的管路特性曲線為一拋物線。 圖4-10為往復(fù)泵與管路聯(lián)合工作的特性曲線。圖圖4-10 4-10 往復(fù)泵與管路聯(lián)往復(fù)泵與管路聯(lián)合工作的特性曲

21、線合工作的特性曲線鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 從圖4-10的曲線可知,當(dāng)流量不變,管路發(fā)生變化時(shí),k將隨之發(fā)生變化,管路壓力將發(fā)生變化;當(dāng)管路系統(tǒng)一定是,流量發(fā)生變化時(shí),管路壓力也將發(fā)生變化。 這說(shuō)明:往復(fù)泵給出的壓力總是與負(fù)載(指管路阻力)直接相關(guān),負(fù)載增大,泵壓升高。反之,泵壓就下降。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 對(duì)于鉆井泵來(lái)說(shuō),由于井深是不斷變化的,而排出管路長(zhǎng)度LI隨之改變,h不斷增大,即k隨井深變化而變化。通常鉆井泵的吸入池和排出池是共用的,因此,靜壓頭為零。 圖4-11為不同井深時(shí)鉆井泵的管路特性曲線。圖圖4-11 4-11 不同井深時(shí)不同井深時(shí)鉆井泵鉆井泵的的管路特性曲

22、線管路特性曲線鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案1.鉆井泵的工況點(diǎn) 將泵的特性曲線按同樣的比例繪制在管路特性曲線圖上,即得到泵與管路聯(lián)合工作特性曲線。泵特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn)即泵的工作點(diǎn)。 如圖4-12所示,當(dāng)流量為Q1時(shí),不同井深LI的工作點(diǎn)分別為A1、A1、A1”;當(dāng)流量為Q2時(shí),工況點(diǎn)則為A2、A2、A2”。圖圖4-12 4-12 鉆井泵鉆井泵與管路與管路聯(lián)合工聯(lián)合工作的特作的特性曲線性曲線鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 由圖4-12中還可以看出,在井深一定時(shí),泵流量不同,管中消耗的壓力亦不同。如泵流量從Q2降到Q1,泵的工作點(diǎn)則從A2、A2、A2”變?yōu)锳1、A1、A1”,泵壓下降

23、。 同樣,在泵流量一定的情況下,井深增加(如從L1曲線變?yōu)長(zhǎng)3曲線),泵壓也隨之升高。圖圖4-12 4-12 鉆井泵與管路聯(lián)合鉆井泵與管路聯(lián)合工作的特性曲線工作的特性曲線鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案2.鉆井泵的臨界特性 在往復(fù)泵的設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中,一般受到兩種條件限制。一是泵的最大沖次的限制。 對(duì)鉆井泵來(lái)說(shuō),沖次過(guò)高,不僅會(huì)加速活塞和缸套的摩擦,使吸入條件惡化,降低使用效率,還會(huì)使泵閥產(chǎn)生嚴(yán)重的撞擊,大大縮短泵閥壽命。因此,鉆井泵如要正常工作,其沖次就不能超過(guò)允許值。 所謂泵的臨界工作特性曲線,即是泵正常工作的限制曲線,泵的工作點(diǎn)不能超越該曲線,否則不能保證泵正常工作,在臨界特性曲線上通常

24、還根據(jù)井身結(jié)構(gòu)及鉆具組合繪出各種井深時(shí)的管路特性曲線。 鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案(1)以泵的活塞桿、曲柄、連桿機(jī)構(gòu)等傳動(dòng)零件的強(qiáng)度極限為泵的臨界工作條件。 在這種情況下,主要應(yīng)限制活塞力pF不超過(guò)某一常數(shù)。對(duì)泥漿泵來(lái)說(shuō),選用不同直徑的缸套,借以達(dá)到控制活塞力與調(diào)節(jié)泵的流量的目的。(2)以發(fā)動(dòng)機(jī)功率作為泵工作的臨界條件。 這是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī) (一部或數(shù)部)所能提供的最大有效功率小于泵的設(shè)計(jì)功率時(shí),所應(yīng)考慮的問(wèn)題。在這種情況下,泵的強(qiáng)度是可以保證的,泵壓和流量取決于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際所能提供的有效功率N,即按pQN來(lái)選取泵壓和流量。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案(3)以排出管線的耐壓強(qiáng)度為臨界條件。

25、這種情況下,主要是限制小直徑缸套時(shí)泵的壓力。如圖413所示。管線允許的最大壓力為p0因此,在流量為Q5時(shí),泵壓只能增高到p0為止,不能增高到p5。若再繼續(xù)鉆進(jìn),泵壓升高,管線可能破裂 (特別是橡膠水龍帶)。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 圖4-13所示,以Q為橫坐標(biāo),p為縱坐標(biāo),分別作出每一級(jí)缸套(設(shè)為5級(jí)缸套)下的泵特性曲線。 并在其上標(biāo)定各級(jí)缸套極限工作壓力點(diǎn)1, 2,5,折線1-1“-2-2”-3-3“-4-4”-5為該泵的臨界工作特性曲線。 圖圖4-13 4-13 機(jī)械傳動(dòng)鉆井泵的臨界特性曲機(jī)械傳動(dòng)鉆井泵的臨界特性曲線線NN鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 這些點(diǎn)在虛線所示的雙曲線n

26、0上,雙曲線是按NpQ常數(shù)繪制的,是泵的等功率曲線。 井的深度不同,其管路特性曲線不同。例如在某井深時(shí),其管路特性曲線為Ox,隨著井深增加,Ox線逐漸上移,比如移到Oy位置,則變?yōu)榱硪粭l管路特性曲線。圖圖4-13 4-13 機(jī)械傳動(dòng)鉆井泵的臨界特性曲機(jī)械傳動(dòng)鉆井泵的臨界特性曲線線NN鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 若繼續(xù)鉆進(jìn),井深將繼續(xù)增加,泵仍以最大直徑(1)的缸套工作,則壓力將高于P1即超過(guò)臨界點(diǎn)1,泵的傳動(dòng)零件強(qiáng)度所不允許。 圖圖4-13 4-13 機(jī)械傳動(dòng)鉆井泵的臨界特性曲機(jī)械傳動(dòng)鉆井泵的臨界特性曲線線NN鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 為了使泵不過(guò)載,必須改用較小直徑(2)缸套工

27、作。使泵在流量Q2下工作。這樣泵的工作點(diǎn)過(guò)渡到b點(diǎn)。從b點(diǎn)開(kāi)始,工作點(diǎn)沿b2逐漸移到2點(diǎn)后,又必須換用更小直徑3缸套工作等等。圖圖4-13 4-13 機(jī)械傳動(dòng)鉆井泵的臨界特性曲機(jī)械傳動(dòng)鉆井泵的臨界特性曲線線NN鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案3.鉆井泵臨界特性曲線的應(yīng)用 臨界特性曲線對(duì)泵的使用和設(shè)計(jì)都是有實(shí)際指導(dǎo)意義的,它主要表現(xiàn)在: (1)根據(jù)泵的特點(diǎn),合理的控制流量和泵壓,以保證泵工作正常。 (2)采取有效措施,盡可能的提高泵的功率利用率。 (3)為泵的強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供了理論根據(jù)。 當(dāng)所選發(fā)動(dòng)機(jī)功率完全可以滿足泵的功率要求時(shí)。應(yīng)以泵的活塞桿、曲柄連桿機(jī)構(gòu)強(qiáng)度極限決定流量和最高泵壓,即保證pF常數(shù)。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率小于泵的設(shè)計(jì)功率時(shí),應(yīng)以發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際功率決定流量和最高泵壓。各級(jí)缸套的直徑(或截面積)以及相應(yīng)的最高壓力,應(yīng)按等強(qiáng)度原則設(shè)計(jì)。鉆井機(jī)械電子教案鉆井機(jī)械電子教案 往復(fù)泵與一定的管路系統(tǒng)組成統(tǒng)一的裝置后,其工況點(diǎn)一般也是確定的。有時(shí)為了某些需要,希望人為地調(diào)節(jié)泵的流量,以改變工況,稱之為性能調(diào)節(jié)泵。1.流量調(diào)節(jié) 鉆井泵常用的調(diào)節(jié)流量的方法有以下幾種:(1)更換不同直徑的缸套 各種鉆井泵的缸套一般分為數(shù)級(jí),各級(jí)缸套的流

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