§6-4往复泵的工作特性曲线

1、 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A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尸、冲程 长度$、冲次71以及泵缸数0,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 - Q曲线应是垂直于纵坐示1 円沁的直线。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

2、量随 着泵压的增高而略有减小。流量不同，Q_ f曲线的位置也 不同。A对于钻井泵，其压力是随着井深 增加而加大的，A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 看减小。囹弘9往复泵的性能曲线 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、往复泵的流量调节二、往复泵的工况A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。A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全部 消耗在克服管路的阻力损失及提高静压

3、头上。设管 路系统消耗及具有的总能量为刃，则有H = H从泵的有效压头公式园可知，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，以刃削表示。又，从吸入和排出的全过程来看，管路中液体的只是吸入惯性水头并不造成能量损失， 及排出管中的阻力损失：工 h =工 + 工 hd = a Q对于固定的管路系统,01为常数。H = oc Q?对于钻井泵来说，由于井深是不断变化的，所以 排出管路的长度厶y也是变化的，故厲随井深不同 而不同，通常钻井泵的吸入池和排出池是共用的，因此， 固定压头所以，管路系统所消耗的压力（压力降）为： * 2 2p = pgH = pg(x = ocQ式中a为某一井深时

4、的压力降系数，即A/7 _ Pg Q2管路特性曲线:A以流量Q为横坐标，压力降为 纵坐标，可以作出不同井深 厶仁下的管路特性曲线。门=pga =对于一定的井深厶H，只要测 量出某流量Q下的压力降他， 就可以求得该井深时的压力降 系数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O占Qi 0 Q 图缺应聚与智冒联合工作的特性曲线泵与管路联合特性曲线:将泵的理论或实际Q -卩特性曲 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Qi时, 两种曲线分别交于力1，月1等各 点。A显然，只有在这些交点处，才 能满

5、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010 Q 6-10泵与裁路联合工作的特性舶线1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O 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泵的冲次九不能超过额定值在泵的冲程长度、活塞及活塞杆截面积一

6、定的情况下，泵的流量Q与冲次九成正比。 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。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尸厂 即不同的缸套都具有一个相应的最大流量,即在某2级缸套下工作时，泵的流量不允许超过Qv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寺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:PF = P2F2 =PiFi =PnFn =常数即，每一

7、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:A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，卩为 纵坐标的直角坐标上， 别作出了每一级缸套 级）下的泵特性曲线，在其上标定各级缸套极限 工作压力点1, 2,5柏 松 免 41 机图6-11钻井泵的临界特性曲线则折线1 - 1-2-2 -3 _3- -4-4 -5为该泵 的临界工作特性曲线。柏 松 免 41 机图6-11钻井泵的临界特性曲线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

8、的增加，往复泵每 级缸套的泵压近似地按垂 直线变化。20Z0图6-11钻井泵的临界特性曲线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。例如，泵在第一级缸套下 以流量Qi工作时，井深由 厶o增至乙，压力由几增 至Qi；更换第二级缸套后，流量 为Q“在井深厶1时，泵 压为随着井深的增 加，泵压不断升高，一直 到工作压力升到02时才需 要更换缸套。2.不论泵速是否可调节，任 何一级缸套下的流量Q （或冲次71）和压力Q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QiIqi。范围内；2二0Z0图6-11钻井泵的临界特性曲

9、线用第二级缸套时，泵压和 流量则限制在Q22p20范 围内。3.在泵的最大冲次保持不变 的条件下，各级缸套下泵 胡最去流量Qi，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 = p = 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。柏 忸 h矢图611估井泵的1|缶界恃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

10、接近等功率 曲线。柏 忸 h矢图611估井泵的1|缶界恃性曲线 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7、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0、活塞面积尸、冲次九及冲程$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。A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，可在额定转速仏厂与最小 转速nmzTl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