§6-4 往复泵的工作特性曲线
§6-2 往复泵的流量分析
§6-2
往复泵的流量分析
一、活塞运动规律 二、往复泵的流量及流量曲线
二、往复泵的流量及流量曲线 1. 平均流量
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。
• 它与泵的活塞截面积F、活塞冲程长度S，以及 活塞每分钟在缸套中往复运动的次数，即泵的冲 次n有关。
单作用泵，设缸数为i，其理论平均流量为：
§6-2
往复泵的流量分析
一、活塞运动规律 二、往复泵的流量及流量曲线
一、活塞运动规律
曲柄连杆机构传动的往复泵，将曲柄的旋转运动 变为活塞的往复运动。
动画
x r (1 cos ) l (1 1 2 sin 2 ) 活塞的位移、速度、加 sin 2 速度公式： u rw(sin ) 2 2 2 1 sin
2
sin 2 m )
Qcam ( F f )r (sin m
2
sin 2 m )
• 当 m 0 ~ 时，前工作室吸入，后工作室排出， 公式前取“＋”号； • 当m ~ 2 时，前工作室排出，后工作室吸入， 公式前取“－”号；
往复泵一般都由多个液缸组成，在曲轴转动一周 期间内，几个液缸按一定的规律交替进行吸入或 排出，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，要根据各曲轴间存在 角位差 决定公式中的角参数，计算各液缸的 瞬时流量时，须以相应的角参数代入公式。
往复泵流量曲线的用途： 往复泵的流量曲线除了能 比较形象地反映出整台泵 与各液缸或工作室瞬时流 量间的关系及其随曲柄转 角变化特点外，还具有下 列用途：
•
• •
判断流量的均匀程度；
离心泵特性曲线
2.2.1 离心泵的工作原理
1．离心泵的构造：
1、叶轮： 2、泵壳： 3、泵轴及轴封装置：
气缚现象：泵壳和吸入管路内没有充满液体， 泵 内有空气，由于空气密度远小于液体的 密度，叶轮旋转对其产生的离心力很小，叶 轮中心处所形成的低压不足以形成吸上液体 所需要的真空度，泵就无法工作。
（3) 导轮
思考4： 为什么导轮的弯曲方向与叶 片弯曲方向相反？
（4). 轴封装置
旋转的泵轴与 固定的泵壳之 间的密封。 作用：防止高 压液体沿轴漏 出或外界空气 漏入。
填料密封 机械密封
离心泵的理论压头和实际压头
压头：单位重量液体所获得的能量称为泵的压头，用 H表示，单位m。 理论压头：理想情况下单位重量液体所获得的能量称 为理论压头，用HT表示。
离心泵：靠高速旋转的叶轮，液体在离心力作用下 获得能量，以提高压强。 往复泵：利用活塞的往复运动，将能量传给液体， 以完成输送任务。 旋转泵：靠泵内一个或一个以上的转子旋转来吸入 和排出液体。 旋涡泵：一种特殊类型的离心泵。
气体输送机械：据出口气体压强可分为通风机， 鼓风机，压缩机，真空泵
压缩比=出口压力/进口压力
1. 理论压头表达式的推导
w2 液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种: 2 2 2 c2 u2
周向运动:
u r
w1 1 1 c1
与叶片的相对运动：
处处与叶片相切
u1
在 1 与 2 之间列机械能衡算方程式，得：
2 2 p 2 p1 c 2 c 1 HT g 2g
(1)
转速
n
流量 qV，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。 可测量 压头 He，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，m。 可测量
第4章--石油矿场用往复泵
(钻井泵与泥浆净化系统)
2．（车载）固井泵：为了固化井壁，向井 底注入高压水泥浆的往复泵。
3．（车载）压裂泵：为了造成油层的人工 裂缝，提高原油产量和采收率，向井内注入含 有大量固体颗粒的液体或酸碱液的往复泵。
(车载固井泵)
(车载压裂泵)
4．注水泵：向井内注 人高压水驱油的往复泵。
5．抽油泵：在采油过 程中，用于在井内抽汲原 油的往复泵。
动前不用灌泵，但实际中启动时仍应保持缸 内有液体，既能保证可立即吸排液体，也可 避免活塞干磨而损坏；
⑵ 在压力急剧变化下其流量仍能保持基本 不变；
⑶ 特别适用于小流量、高扬程情形下输送 粘性较大的液体；
⑷ 但往复泵结构复杂、易损件多；
⑸ 流量有脉动； ⑹ 大流量时体积庞大。
活塞在泵缸内两端之间移动的距离称为行 程。往返一次称为冲程。
0.6 0.4
Q1
0.2
0
p
2
Qt
Q2
Q3 Qp
p
3p
j 2p
2
（dQ≈0.2/0.97＝0.21）
若不考虑影响，一、二、三、四缸单作用
泵的dQ分别为：（与实际有误差）
dQ1单 p
d Q 2单
p
2
1.57
Q
Qmax
2
Q
p
Qmax
Qt
Qt
0
p
j p 3p 2p
2
2
10
p
p
3p
j 2p
2
2
3
Q
2
4
(抽油泵)
三、典型往复泵的结构及工作原理 １．往复泵的组成 主要由液缸、活塞、吸入阀、排出阀、抽油
泵、曲柄（曲轴）、连杆、十字头、活塞杆， 以及齿轮、皮带轮和传动轴等组成。
泵与压缩机简答题
一离心泵的工作原理？？？动力机通过泵轴带动叶轮旋转，充满叶片间流道中的液体随叶轮旋转；液体在离心力的作用下，以较大的速度和较高的压力，沿着叶片间的流道从中心向外缘运动；泵壳收集从叶轮中高速流出的液体并导向至扩散管，经排出管排出。
液体不断被排出，在叶轮中心形成真空，吸入池中的液体在压差的作用下，源源不断地被吸入进叶轮中心；泵形成连续的吸入和排出过程，不断地排出高压力的液体。
二离心泵的三种叶轮结构及、三种形式的叶片出口角。
闭式叶轮由前盖板、后盖板、叶片及轮毂组成。
闭式叶轮一般用于清水泵。
半开式叶轮由后盖板、叶片及轮毂组成；半开式叶轮一般用于输送含有固相颗粒的液体。
开式叶轮由叶片及轮毂组成；开式叶轮一般用于含有输送固相颗粒较多的液体。
1）后弯式叶片—叶片向旋转方向后方弯曲，即β2k＜90°；2）径向式叶片—叶片出口沿半径方向，即β2k=90°；3）前弯式叶片—叶片向旋转方向前方弯曲，即β2k＞90°三离心泵的轴向力产生的原因、方向、消除或减小轴向力的措施。
离心泵的叶轮上要产生绐终指向泵的吸入口的轴向力轮左侧的压力小于作用在叶轮右侧的压力，叶轮上产生向左的轴向力。
1）开平衡孔：在叶轮后盖板上开一圈平衡孔，使前后盖板密封环内的压力基本相等，大部分轴向力可被平衡。
该方法一般用于单级离心泵。
2）采用双吸叶轮：液体从两边吸入，轴向力互相抵消。
3）叶轮对称安装：对多级泵，将叶轮背靠背或面对面地安装在一根泵轴上，轴向力互相抵消4）安装平衡管：用平衡管将多级泵的出口与进口连通。
即将高压区与低压区连通，从而平衡压力而降低轴向力５）安装平衡盘四离心泵的扬程、流量、各种功率、各种效率的基本概念及各参数的相关计算。
1）输出功率N—液体通过离心泵得到的功率，即离心泵实际输出的功率。
输出功率又叫离心泵的有效功率。
2）转化功率Ni—叶轮传递给液体的功率。
3）轴功率Na—泵的输入功率。
式中:Q—泵的实际平均流量，m3／s，可实际测量；H—泵的实际输出压头或有效压头，m液柱，可实际测量；ρ—被输送液体的密度，Kg／m3；Qi—泵的转化流量;Hi—泵的转化压头;η—离心泵的总效率。
双作用直线电机六缸往复泵运动特性论文
双作用直线电机六缸往复泵的运动特性研究摘要：以直线电机为动力的往复泵（简称直线电机往复泵）是通过直线运动的电动机动子直接驱动活塞杆做往复运动的一种往复泵。
可从理论上基本消除往复泵输出流量和压力的脉动性，往复泵的结构也将大大简化。
一台直线电机推力达不到要求时可采用几台直线电机驱动的往复泵。
本文主要是从流量、压力、相位误差分析和泵阀方面对双作用直线电机六缸往复泵进行分析，确定运动规律和相位。
为直线电机往复泵控制系统研制提供技术支持。
关键词：往复泵；直线电机；运动规律；性能；泵阀中图分类号： th3 文献标识码：a文章编号：abstract: a linear motor-powered reciprocating pump (linear motor reciprocating pump) is such a reciprocating pump that the mover of linear motor doing a linear movement directly drive the piston rod to do reciprocating motion. reciprocating pump output volume and pressure pulsation are theoretically removed, reciprocating pump structure will also be greatly simplified. it can deal with several linear motor-driven reciprocating pump when a linear motor thrust doesn’t meet requirements. this paper analyzes mainly from the flow, pressure, phase error analysis and valve,determine the best movement law and the best phase for dual-acting linear motor six cylinders reciprocating pump.what’s more,itcan provide technical support for reciprocating pump control system.keywords: reciprocating pump;linear motor;laws of movement; performance ;valve前言往复泵在石油矿场中广泛应用于石油钻井、酸化压裂、注水等生产中。
化工原理往复泵PPT
液体。
往复泵、计量泵、旋转泵均属于正位移泵。
3、旋涡泵
旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，它是由叶轮和泵体组成。 叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列。
旋涡泵在开动前也要灌满液体。旋涡泵适用于要求输送量小
，压头高而粘度不大的液体。
特点：
1. 旋涡泵的压头随流量增加而下降幅度很大；
2. 旋涡泵的轴功率随流量增加而下降，因此漩涡泵启动时应全 开出口阀； 以旁路调节方法调节流量。
三.离心泵性能参数及特性曲线
1.离心泵性能参数： 流量Q，压头H，效率η,轴功率N 离心泵特性曲线：H-Q，N-Q，-Q
N e HQg , N
Ne
(1) H随流量增加而减小，N增加；
(2) 当Q=0时,轴功率最低,启动泵和停泵应关闭出口阀; (3) 效率有一个最高效率点,最高效率点对应的流量为额定 流量;泵应在最高效率点附近工作. (4) Q,H,与密度ρ无关,但N与ρ呈正比。 (5) 粘度增加， Q,H, 均下降，但轴功率却升高。 (6) 叶轮直径，转速增加，离心泵Q，H，N均增加，其关 系为切割定律和比例定律.
（1）加大阀门的开度
H-Q
M
M2
2
QM QM2
由泵的特性方程和管路特性方程可知，压头H减小，流量Q增加；
轴功率N增加
在0-0截面和1-1截面间列柏努利方程：
3
3
Z0
p0 u p u Z1 1 H f 01 g 2 g g 2 g p0 p1 u12 Z1 H f 01 g 2g
3. 旋涡泵能量损失很大，效率较低； 4. 旋涡泵启动前也需要灌泵。
H N
H-Q
N-Q
-Q
水泵基本参数及特性曲线讲解
4.射流泵 5.轴流泵装置模型 6.离心泵装置 7.离心泵的起动过程 （抽真空启动、闸阀的 操作） 8.离心泵主要性能参数 的测量与计算
3.水环真空泵
第二章 25
复习
叶片泵工作原理 离心泵泵体结构及基本零件
叶轮(叶片、流道)、泵壳、泵轴、轴承、填料盒 （填料、水封管、水封水）、减漏环、连轴器、 轴向力平衡措施、泵座
2
一、泵的定义
定义：
将其它形式的能量转化为机械能并传递给被输送介质的 动能和压能的一种机械
背景知识：
泵是我国三大耗能机械产品（汽车、机床、水泵）之一， 水泵效率提高1%即相当于我国新建了一座300MW发电 厂。 我国风机、泵的总用电占全国用电量的31%，占工业用 电的约50%，各工业部门机泵用电量均占60%以上。 例如：电力72.43%；化肥76%；炼油58.15%；油田 63.3%
T 2
M Q (C
cos 2 R2 C1 cos1 R1 )
式中： QT 、HT ——通过叶轮的理论流量、扬程
第二章 40
2.3 理想流体假定下的理论功率： 2.4 功率的另一表达式→基本方程：(2-14)
NT gQT H T
HT M
NT M
u 2 C2u u1C1u HT g
gQT
第二章
41
三、基本方程式的讨论
3.1 减小进水角获得正值扬程 基本方程为第一项， 说明水流垂直流入叶轮可以 u1 90 提高扬程 3.2 理论扬程与出口圆周速 度有关，提高转速、增加叶 轮直径均可增加扬程
1
§6-4_往复泵的工作特性曲线
' 为常数。 • 对于固定的管路系统，
• 对于钻井泵来说，由于井深是不断变化的，所以 排出管路的长度Ld也是变化的，故 ' 随井深不同 而不同，即 H st 'Q 2 H • 通常钻井泵的吸入池和排出池是共用的，因此， 固定压头 H st 0 • 所以，管路系统所消耗的压力（压力降）为：
§6-4
往复泵的工作特性曲线
一、往复泵的特性曲线 二、往复泵的工况 三、钻井泵的临界特性 四、往复泵的流量调节
一、往复泵的特性曲线
往复泵的特性曲线主要表示泵的流量、输入功率 及效率等与压力间的关系。
往复泵的流量与压力间的关系：
• 由公式 Qth iFSn 可知，往复 泵在单位时间内排出的液体体积 取决于柱塞的截面面积F、冲程 长度S、冲次n以及泵缸数i，而 与压力无关。 • 因此，若以横坐标表示泵的排出 压力，纵坐标表示流量，在保持 泵的冲次不变的条件下，泵的理 论Q－p曲线应是垂直于纵坐标 的直线。
p1F1 p2 F2 pi Fi pn Fn 常数
•
即，每一级缸套都受到一个最大工作压力或极限 泵压的限制。
泵的临界工作特性曲线：
钻井泵的临界特性曲线正 是根据泵的冲次和压力的 限制条件作出的。
• 如图，以Q为横坐标，p为 纵坐标的直角坐标上，分 别作出了每一级缸套（共5 级）下的泵特性曲线，并 在其上标定各级缸套极限 工作压力点1，2，…，5
§6-4
往复泵的工作特性曲线
一、往复泵的特性曲线 二、往复泵的工况 三、钻井泵的临界特性 四、往复泵的流量调节
三、钻井泵的临界特性
泵的冲次及压力限制 1. 泵的冲次n不能超过额定值
• • 在泵的冲程长度、活塞及活塞杆截面积一定的情 况下，泵的流量Q与冲次n成正比。 对钻井泵来说，冲次过高，不仅会加速活塞和缸 套的磨损，使吸入条件恶化，降低使用效率，还 会使泵阀产生严重的冲击，大大缩短泵阀寿命。
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§6-4
往复泵的工作特性曲线
一,往复泵的特性曲线 二,往复泵的工况 三,钻井泵的临界特性 四,往复泵的流量调节
三,钻井泵的临界特性
泵的冲次及压力限制 1. 泵的冲次n不能超过额定值 在泵的冲程长度,活塞及活塞杆截面积一定的情 况下,泵的流量Q与冲次n成正比. 对钻井泵来说,冲次过高,不仅会加速活塞和缸 套的磨损,使吸入条件恶化,降低使用效率,还 会使泵阀产生严重的冲击,大大缩短泵阀寿命.
§6-4
往复泵的工作特性曲线
一,往复泵的特性曲线 二,往复泵的工况 三,钻井泵的临界特性 四,往复泵的流量调节
二,往复泵的工况
泵装置工作时,都必须和管路组成一定的输送系统, 才能输送液体. 在输送过程中,液体遵守质量守恒和能量守恒定律. 质量守恒:指的是单位时间内泵所输送的液体量Q 等于流过管线的液体量Q',即Q=Q'. 能量守恒:指的是泵所提供给液体的能量H,全部 消耗在克服管路的阻力损失及提高静压头上.设管 路系统消耗及具有的总能量为H',则有H=H'.
复习题
1. 往复泵在单位时间内排出的液体体积是否与压力 有关?为什么? 2. 为什么往复泵的实际流量随着泵压的增高而略有 减小? 3. 简述如何作出不同井深下的管路特性曲线. 4. 简述常用的钻井泵流量调节方法.
�
p = ρgH ' = ρgα 'Q 2 = α i Q 2
式中 α i 为某一井深时的压力降系数,即
α i = ρ gα ' =
p Q2
管路特性曲线:
以流量Q为横坐标,压力降 为 纵坐标,可以作出不同井深 Ldi下的管路特性曲线. 对于一定的井深Ldi,只要测 量出某流量Q下的压力降 p , 就可以求得该井深时的压力降 p α = ρgα = 系数 Q 再根据压力降系数就可以求得 该井深不同流量时的压力降, 从而很方便地作出某井深下的 管路特性曲线.
对于同一台钻井泵,冲程长度和活塞杆截面积通 常是不变的, 因此,对于不同的活塞面积Fi,即不同的缸套 面积,都具有一个相应的最大流量, 即在某i级缸套下工作时,泵的流量不允许超过 Qi,否则,泵的冲次就可能超过允许值.
2. 泵的压力受限制(存在一个最大工作压力和极限 泵压) 因为泵的活塞杆和曲柄连杆机构等的机械强度是 有限的,为了满足强度方面的要求,每一级缸套 的最大活塞力应该不超过某一常数:
由图可以看出: 在排出管长度即井深一定的情 况下,泵的流量不同,管路消 耗的压力不同. 降低泵的流量可以使压力消耗 减小,即压降减小. 同样,在流量一定的情况下, 井深增加,泵压升高. 这说明,泵实际给出的工作压 力总是与负载(此处指管路压 力)直接相关的,负载增大, 泵压就升高,反之,泵压就下 降.
p1 F1 = p 2 F2 = = pi Fi = = p n Fn = 常数
即,每一级缸套都受到一个最大工作压力或极限 泵压的限制.
泵的临界工作特性曲线:
钻井泵的临界特性曲线正 是根据泵的冲次和压力的 限制条件作出的. 如图,以Q为横坐标,p为 纵坐标的直角坐标上,分 别作出了每一级缸套(共5 级)下的泵特性曲线,并 在其上标定各级缸套极限 工作压力点1,2,…,5 则折线1-1"-2-2" -3 -3 " -4-4" -5为该泵 的临界工作特性曲线.
为了提高工作效率 应根据井深和钻井工艺的 要求合理地选用钻井泵, 并按照井深变化的情况, 合理地选用和适时地更换 缸套直径. 还可以采用除纯机械传动 以外的传动型式,使泵的 工况点尽可能接近等功率 曲线.
§6-4
往复泵的工作特性曲线
一,往复泵的特性曲线 二,往复泵的工况 三,钻井泵的临界特性 四,往复泵的流量调节
四,往复泵的流量调节
往复泵与一定的管路系统组成统一的装置后,其 工况点一般也是确定的.有时,为了某些需要, 希望人为地调节泵的流量,以改变工况. 由于泵的流量与泵的缸数i,活塞面积F,冲次n 及冲程S成正比关系,改变其中任一个参数,都 可以改变泵的流量.
常用的钻井泵流量调节方法:
更换不同直径的缸套: 设计钻井泵时,通常把缸套分为数级,各级缸套 的流量大体上按等比级数分布,即前一级直径较 大的缸套的流量与相邻下一级直径较小缸套的流 量的比值近似为常数. 根据需要,选用不同直径的缸套就可以得到不同 的流量.
临界工作特性曲线上通常 还根据井身结构及钻具组 成绘制各种井深时的管路 特性曲线.
从临界工作特性曲线,可 以看出: 1. 在机械传动的条件下,随 着井深的增加,往复泵每 级缸套的泵压近似地按垂 直线变化. 当钻至某井深使泵压达该 级缸套的极限值时,必须 更换较小直径的缸套,从 较低的压力开始继续工作.
+ ∑ h 可 从泵的有效压头公式 H = Z + 知,对于一定的管路系统,其中右端前三项为定 值,称作固定压头,以Hst表示.
k a
p
p ρg
u
2 4
u 12 + 2g
又,从吸入和排出的全过程来看,管路中液体的 惯性水头并不造成能量损失,因此 ∑ h 只是吸入 及排出管中的阻力损失:
h = ∑ hs + ∑ hd = α 'Q 2 ∑
例如,泵在第一级缸套下 以流量Q1工作时,井深由 L0增至L1,压力由pa增 至p1; 更换第二级缸套后,流量 为Q2,在井深为L1时,泵 压为pb′,随着井深的增 加,泵压不断升高,一直 到工作压力升到速是否可调节,任 何一级缸套下的流量Q (或冲次n)和压力p都 限制在一定的范围内. 例如,用第一级缸套时, 泵压和流量只能在矩形面 积Q11p10范围内; 用第二级缸套时,泵压和 流量则限制在Q22p20范 围内.
减少泵的工作室: 在深井段钻进时,往往井径较小,为了尽量减少 循环损失,一般希望泵的流量较小. 在其它调节方法不能满足要求时,现场有时采用 减少泵工作室的方法. 例如,打开阀箱,取出几个排出阀或吸入阀,使 有的工作室不参加工作,从而减小流量.但加剧 了流量和压力的脉动.
旁路调节: 在泵的排出管线上并联一根旁通管路,打开并调 节旁路阀门,就可以调节泵的流量. 旁路调节还是常用的钻井泵紧急降压手段.
调节泵的冲次: 动力机与钻井泵之间通常不加变速机构,在机械 传动的条件下,适当改变动力机的转速即可调节 泵的冲次. 例如,用柴油机驱动泵,可在额定转速nr与最小 转速nmin之间调节柴油机转速,使泵在额定冲次 与最小冲次之间变化,达到调节流量的目的. 注意:在调节转速的过程中,必须使泵压不超过 该级缸套的极限压力.
实际上,随着泵压的升高,泵的 密封处(如活塞-缸套,柱塞- 密封,活塞杆-密封之间)的漏 失量将增加,所以,实际流量随 着泵压的增高而略有减小. 流量不同, Q-p曲线的位置也 不同.
对于钻井泵,其压力是随着井深 增加而加大的, 因此,井的深度较大时,即使缸 套与冲次不变,泵的流量也将稍 有减小.
α ' 为常数. 对于固定的管路系统,
对于钻井泵来说,由于井深是不断变化的,所以 排出管路的长度Ld也是变化的,故 α ' 随井深不同 而不同,即 = H st + α ' Q 2 H 通常钻井泵的吸入池和排出池是共用的,因此, 固定压头 H st = 0 所以,管路系统所消耗的压力(压力降)为:
§6-4
往复泵的工作特性曲线
一,往复泵的特性曲线 二,往复泵的工况 三,钻井泵的临界特性 四,往复泵的流量调节
一,往复泵的特性曲线
往复泵的特性曲线主要表示泵的流量,输入功率 及效率等与压力间的关系.
往复泵的流量与压力间的关系:
由公式 Qth = iFSn 可知,往复 泵在单位时间内排出的液体体积 取决于柱塞的截面面积F,冲程 长度S,冲次n以及泵缸数i,而 与压力无关. 因此,若以横坐标表示泵的排出 压力,纵坐标表示流量,在保持 泵的冲次不变的条件下,泵的理 论Q-p曲线应是垂直于纵坐标 的直线.
3. 在泵的最大冲次保持不变 的条件下,各级缸套下泵 的最大流量Q1,Q2,…与 活塞有效面积成正比,泵 输出的最大水力功率(有 效功率)为:
N = p1Q1 = p2Q2 = = 常数
显然,点1,2,…,5的 连线是一条等功率曲线. 往复泵工作时,所有的工 况点都应控制在等功率曲 线的下方,即泵实际输出 的水力功率总是小于有效 功率.
' i 2
泵与管路联合特性曲线:
将泵的理论或实际Q-p特性曲 线按同样的比例绘在管路特性 曲线图上,即得到泵与管路联 合特性曲线. 由图可知,当泵的流量为Q1时, 两种曲线分别交于A1,B1等各 点. 显然,只有在这些交点处,才 能满足质量守恒和能量守恒条 件,泵才能正常工作. 这些交点称为泵的工况点.