第4章石油礦場用往復泵

1、4.1 概述第四章 石油礦場用往復泵4.2 往復泵的參數(shù)和特性4.3 往復泵的結(jié)構(gòu)和特點4.4 液壓驅(qū)動及其他類型的往復泵4.5 往復泵的易損件及配件第一節(jié) 概述一、泵的分類 泵是一種水力機械水力機械。將機械能機械能轉(zhuǎn)化為液體的液體的動能動能和壓能壓能。泵泵動態(tài)泵動態(tài)泵（速度型）（速度型）容積泵容積泵離心泵離心泵軸流泵軸流泵徑流泵徑流泵混流泵混流泵漩渦泵漩渦泵往復泵往復泵回轉(zhuǎn)泵回轉(zhuǎn)泵活塞泵活塞泵柱塞泵柱塞泵 隔膜泵隔膜泵齒輪泵齒輪泵 螺桿泵螺桿泵WB型電動型電動往復泵往復泵抽油泵也是一種特殊抽油泵也是一種特殊結(jié)構(gòu)的往復泵結(jié)構(gòu)的往復泵鉆井泥漿泵鉆井泥漿泵二、石油礦場用往復泵 主要有：鉆井泵鉆井泵

2、、固井泵固井泵、壓裂泵壓裂泵、注水泵注水泵和抽油泵抽油泵等。 1鉆井泵（泥鉆井泵（泥漿泵）漿泵）：在鉆井過程中，為了攜帶出井底的巖屑和供給井底動力鉆具的動力，用于向井底輸送和循環(huán)鉆井液的往復泵。(鉆井泵與泥漿凈化系統(tǒng)鉆井泵與泥漿凈化系統(tǒng)) 2（車載）固井泵（車載）固井泵：為了固化井壁固化井壁，向井底注入高壓水泥漿的往復泵。 3（車載）壓裂泵（車載）壓裂泵：為了造成油層的人工裂縫，提高原油產(chǎn)量和采收率提高原油產(chǎn)量和采收率，向井內(nèi)注入含有大量固體顆粒的液體或酸堿液的往復泵。(車載固井泵車載固井泵)(車載壓裂泵車載壓裂泵) 4注水泵注水泵：向井內(nèi)注人高壓水驅(qū)油驅(qū)油的往復泵。 5抽油泵抽油泵：在采油過

3、程中，用于在井內(nèi)抽汲原抽汲原油油的往復泵。(抽油泵抽油泵)三、典型往復泵的結(jié)構(gòu)及工作原理 往復泵的組成往復泵的組成 主要由液缸液缸、活塞活塞、吸入閥吸入閥、排出閥排出閥、抽油抽油泵泵、曲柄（曲軸）曲柄（曲軸）、連桿連桿、十字頭十字頭、活塞桿活塞桿，以及齒輪齒輪、皮帶輪皮帶輪和傳動軸傳動軸等組成。 2往復泵的工作原理往復泵的工作原理1Sw w12234567891110往復泵工作示意圖往復泵工作示意圖（單作用，單缸）（單作用，單缸）1-曲柄；曲柄；2-連桿；連桿；3-十十字頭；字頭；4-活塞；活塞；5-缸缸套；套；6-排出閥；排出閥；7-排排出四通；出四通；8-預壓排出預壓排出空氣包；空氣包；9

4、-排出管；排出管；10-閥箱（液缸）；閥箱（液缸）；11-吸入閥；吸入閥；12-吸入吸入管管曲柄旋轉(zhuǎn)曲柄旋轉(zhuǎn)連桿、十字頭、活塞桿連桿、十字頭、活塞桿活塞往復活塞往復吸入閥交替開啟、關(guān)閉吸入閥交替開啟、關(guān)閉排出閥、排出閥、吸入、泵出液體吸入、泵出液體 3往復泵的分類往復泵的分類 按液缸數(shù)分按液缸數(shù)分：單缸、雙缸、三缸、多缸泵。 按活塞往返一次，吸排液次數(shù)分按活塞往返一次，吸排液次數(shù)分：單作用、雙作用泵。 液缸布置分液缸布置分：臥式、立式、V形、星形泵。 按活塞的構(gòu)造分按活塞的構(gòu)造分：活塞、柱塞、隔膜泵。 石油礦場廣泛使用三缸單作用三缸單作用和雙缸雙作用雙缸雙作用臥式活塞泵作為鉆井泵鉆井泵。 各泵

5、結(jié)構(gòu)示意如下：（雙作用活塞泵雙作用活塞泵）（單作用柱塞泵單作用柱塞泵）（隔膜泵）（隔膜泵）（曲柄傳動泵）（曲柄傳動泵）液壓油液壓油（凸輪傳動泵）（凸輪傳動泵）（臥式蒸汽泵）（臥式蒸汽泵）（水平對置式液壓驅(qū)動泵）（水平對置式液壓驅(qū)動泵）（敘述各泵原理）四、往復泵的型號 我國用于石油、天然氣勘探開發(fā)的鉆井泵已經(jīng)標準化，形成了NB和F兩大系列泵，統(tǒng)一的代號為： 如：如：NB-600，表示輸入功率為，表示輸入功率為600馬力的馬力的雙缸雙作用雙缸雙作用鉆井泵鉆井泵。F-1300，表示輸入功率為，表示輸入功率為1300馬力（馬力（960KW）的）的三缸單作三缸單作用用鉆井泵。鉆井泵。變形代號變形代號額定

6、輸入功率代號（馬力或額定輸入功率代號（馬力或1kW/1.36）缸數(shù)、單或雙作用鉆井泵代號（缸數(shù)、單或雙作用鉆井泵代號（NB、2PN-雙缸雙作用泵，雙缸雙作用泵，3NB、F-三缸單作用泵）三缸單作用泵）額定輸入功率代號（馬力或額定輸入功率代號（馬力或1kW/1.36）五、往復泵的特點 往復泵是容積泵容積泵的一種，其特點如下： 具自吸能力具自吸能力，往復泵雖有自吸能力，啟動前不用灌泵，但實際中啟動時仍應(yīng)保持缸啟動時仍應(yīng)保持缸內(nèi)有液體內(nèi)有液體，既能保證可立即吸排液體，也可避免活塞干磨而損壞； 在壓力急劇變化下其流量仍能保持基本不變； 特別適用于小流量、高揚程情形下輸送特別適用于小流量、高揚程情形下輸

7、送粘性較大的液體粘性較大的液體； 但往復泵結(jié)構(gòu)復雜、易損件多； 流量有脈動流量有脈動； 大流量時體積龐大。 活塞在泵缸內(nèi)兩端之間移動的距離稱為行行程程。往返一次稱為沖程沖程。 轉(zhuǎn)速對往復泵的自吸能力有影響轉(zhuǎn)速對往復泵的自吸能力有影響。若速度太大，流動損失會增大，使泵缸內(nèi)壓力低于液體飽和蒸氣壓，造成抽空現(xiàn)象而失去吸液能力。 往復泵轉(zhuǎn)速一般在往復泵轉(zhuǎn)速一般在80200r/min之間，吸入高度為之間，吸入高度為45m。 1雙缸雙作用泵與三缸單作用泵分別有多少個進液閥、排液閥？（4進進4排，排，3進進3排）排） 2“3NB-1000”代表什么意義？（輸入功率為（輸入功率為1000馬力的三缸馬力的三缸單

8、作用鉆井泵）單作用鉆井泵） 3往復泵具有自吸能力，所以缸內(nèi)即使無液體，啟動也不會造成什么影響。（ ）（）第二節(jié) 往復泵的參數(shù)和特性 有流量、壓頭和壓力、功率和效率等參數(shù)。一、往復泵的流量Q 往復泵的流量流量單位時間內(nèi)泵通過排出或吸入管道所輸送的液體量。單位為L/s或m3/s。 區(qū)別區(qū)別：排量排量曲軸旋轉(zhuǎn)1周，泵所排出或吸入液體的體積。單位為L或m3。 為了進一步說明流量的問題，有必要對活塞的運動情況進行分析。 1活塞運動規(guī)律活塞運動規(guī)律 活塞的運動規(guī)律就是液體的運動規(guī)律。其位位移移x、運動速度運動速度u、加速度加速度a分別為：（往復泵活塞運動示意圖）（往復泵活塞運動示意圖）O1O2x1x2B1

9、B2lrA1A2Ob bj jj jw wg g)sin11 ()cos1 (22jjlrx)sin122sin(sin22jjjwru)sin1 (sin2cos(cos322432jjjjwra 過過A1、A2對水平對水平線引垂線，即可得出線引垂線，即可得出x，對，對x求導即得求導即得u，再求導即得再求導即得a。式中，r-曲柄長度；l-連桿長度；-曲柄連桿比，r/l；j -曲柄轉(zhuǎn)角。 求活塞向右運動時，上述各量取公式中上方的符號，j0p；反之，取公式下方的符號，jp2p。 上述各式可簡化為常用公式：推導略）2sincos1 (2jjrx)22sin(sinjjwru)2cos(cos2jj

10、wra最大誤差不到百分之一最大誤差不到百分之一 為了定性分析，可認為連桿比曲柄長很多，即 0，這樣，還可以進一步簡化各式：）jcos1 ( rx jwsinrujwcos2ra 2往復泵的往復泵的平均流量平均流量Q 單位時間內(nèi)輸送的液體體積。 理論平均流量理論平均流量Qth 所以，活塞的運動規(guī)所以，活塞的運動規(guī)律即流量規(guī)律可近律即流量規(guī)律可近似看似看成是正弦規(guī)律成是正弦規(guī)律。（理論平均值）iFSnQth式中，i -缸數(shù)；F-活塞橫截面積；S-活塞沖程；n-沖次（泵速），即活塞每分鐘在缸套中往復的次數(shù)。（雙作用理論平均值）SnfFiQth)2(式中，f -活塞桿橫截面積。式中，a-流量系數(shù)流量系

11、數(shù)。（實際平均值）thQQa 雙作用往復泵的雙作用往復泵的Qth 實際平均流量實際平均流量Q 考慮到實際情況，泵輸送量比理論值要低：a a =0.850.95。新泵可。新泵可達達0.970.99。 3往復泵的瞬時流量往復泵的瞬時流量Qcm（理論瞬時值）FuQcm 單作用缸的瞬時理論流量單作用缸的瞬時理論流量：（單作用瞬時理論值）)22sin(sinmmcmFrQjjw式中，m-多缸泵的液缸順序編號多缸泵的液缸順序編號。吸入時取公式上面的符號，j =0p；排出時取公式下面的符號，j =p2p。 雙作用缸雙作用缸：將液缸分為前工作室前工作室和后工作后工作室室，其理論瞬時流量分別以Qcf和Qca表示

12、。值）（雙作用前室瞬時理論)22sin(sinmmcfmFrQjjw值）（雙作用后室瞬時理論)22sin(sin)-(mmcamrfFQjjw式中，公式正負號的取法與前相同。 雙作用缸總的瞬時流量為前、后工作室流量雙作用缸總的瞬時流量為前、后工作室流量之和之和。 多缸泵總流量的計算，要根據(jù)各曲柄間存在的角位差角位差q q來決定公式中的角參數(shù)。 如三缸單作用泵的角位差q =120，則j1=j，j2=j+120，j3=j+240。 另外如雙缸雙作用泵的q = 90，則j1=j，j2=j+90。（3缸往復泵曲柄相互關(guān)系示意圖）缸往復泵曲柄相互關(guān)系示意圖）011p pq qj jw w2p p23 3

13、p p2323 必須以相應(yīng)的角參數(shù)代入公式計算各液缸的瞬時流量。 4往復泵的流量曲線往復泵的流量曲線 以曲柄轉(zhuǎn)角j j為橫坐標為橫坐標，排量Q為縱坐標為縱坐標，可作出泵的流量曲線。0Qj j2p pp p3p p2p p2QmaxQt（單缸單作用泵）（單缸單作用泵）0Qj j2p pp p3p p2p p2QmaxQt21p p0Qj j2p pp p3p p2p p23122p p3QmaxQt0Qj j2p pp p3p p2p p2QmaxQt4213p p2（三缸單作用泵）（三缸單作用泵）（雙缸單作用泵）（雙缸單作用泵）（四缸單作用泵）（四缸單作用泵） 對流量曲線的說明對流量曲線的說明

14、： 上述曲線是假設(shè)活塞運動規(guī)律為嚴格的正弦規(guī)律情況下做出的，即忽略了的影響。 通常，吸入和排出過程的流量曲線是分別作出的，排出曲線為正，吸入為負排出曲線為正，吸入為負?？紤]的影響時，兩者有一定區(qū)別。0Qj j2p pp p3p p2p p23122p p3QmaxQt（忽略（忽略 的三缸單作用泵）的三缸單作用泵）（實際的三缸單作用泵）（實際的三缸單作用泵）0Q(1/Frw w)j j2p pp p3p p2p p2QpQt0.20.40.60.81.0 =0.1335Q1Q2Q3 5流量曲線的用途流量曲線的用途 可用于往復泵的理論分析和計算，還有： 判斷流量的均勻程度判斷流量的均勻程度 通常，

15、往復泵在曲柄轉(zhuǎn)動一周的過程中，其瞬時排量都是變化的，最大值QcBmax、最小值QcBmin及理論平均值Qt均可在曲線上得出。而最大差值與平均值之比稱為排量不均度排量不均度d dQ，以此衡量泵排量的不均勻程度：tcBcBQQQQminmaxd0Q(1/Frw w)j j2p pp p3p p2p p2QpQt0.20.40.60.81.0 =0.1335Q1Q2Q3（d dQ0.2/0.970.21） 若不考慮不考慮 影響，一、二、三、四缸單作用泵的dQ分別為：（與實際有誤差）57. 122pd單Qpd單1Q141. 06323pd單Q104pd單Q0Qj j2p pp p3p p2p p2Qm

16、axQt0Qj j2p pp p3p p2p p2QmaxQt21p p0Qj j2p pp p3p p2p p23122p p3QmaxQt0Qj j2p pp p3p p2p p2QmaxQt4213p p2液缸越多，排出流量波動越??？液缸越多，排出流量波動越?。?確定泵輸送的液體體積確定泵輸送的液體體積V 設(shè)曲柄轉(zhuǎn)角變化j時，流量曲線上Q與橫坐標包圍的面積為面積為A，同時泵所輸送的液體體積為液體體積為V，則：wjj1tVVQVAVwAV 檢驗曲柄布置是否合理檢驗曲柄布置是否合理 通過繪制流量曲線，可發(fā)現(xiàn)各缸瞬時流量是否疊加合理，從而檢驗曲柄布置方案的合理性。二、往復泵的壓頭、壓力、功率和

17、效率 1往復泵的有效壓頭往復泵的有效壓頭H（往復泵壓頭計算示意圖）（往復泵壓頭計算示意圖）pkpa11224433H0Z1Z2dshhhhguugppZHak22124201ZHZZ式中，式中，pa，pk-進、出液面壓力，進、出液面壓力，MPa；u1，u4-進、出液面速度，進、出液面速度，m/s；Z-吸、吸、排液面總高度差，排液面總高度差，m；Z1，Z2-泵前、后泵前、后的高度差，的高度差，m；H0-壓力表與真空表之間壓力表與真空表之間的高度差，的高度差，m； h-管路中總的水頭損失管路中總的水頭損失，J/N； hs， hd-吸、排管段的水頭損吸、排管段的水頭損失，失，J/N。 吸入與排出池一

18、般很大，所以u10，u40，且通常pkpa，為大氣壓，則：hZH 對于往復泵用于鉆井時，吸入池和排出池是公用的，即u1u40，pkpa，Z0，則：hH 泵供給液體的能量全部用于克服管泵供給液體的能量全部用于克服管路中的阻力。路中的阻力。pkpa11224433H0Z1Z2 直接計算h不容易，簡便方法是以壓力表壓力表和真空表真空表的壓力頭加上兩表之間高差來作為有效水頭H：0HgpgpHvggpHg 實際中，排出壓力排出壓力pg高達幾十MPa，而真空壓力pv和H0相對很小，所以，一般情況下：返P44 2往復泵的功率往復泵的功率Np 設(shè)泵的有效壓頭為H，重量流量為QG，則單位時間（秒）內(nèi)液體由泵所獲

19、得的總能量（即泵的輸出功率）為NQGH。因為QGQg，pgH，所以，泵的輸出功率泵的輸出功率N為：）（kWQpgHQN331010 泵本身存在損耗，即存在效率h：若動力機輸出功率為Nax，傳動系統(tǒng)效率為htr，則泵所需泵所需的動力機功率為的動力機功率為Np：（泵的輸入功率）trtraxpNNNhhhp為輸出壓強 3往復泵的效率往復泵的效率h h 機械損失機械損失D DNm 機械損失后剩余的功率稱為轉(zhuǎn)化功率轉(zhuǎn)化功率Ni，所以機械效率機械效率h hm為：（往復泵內(nèi)功率分配示意）（往復泵內(nèi)功率分配示意）NaNiND DNmD DNhD DNv 容積損失容積損失D DNv 從流量角度看，泵內(nèi)漏失體積為

20、DQv，實際流量為Q，轉(zhuǎn)化流量為Qi，則容積效率容積效率h hv為：aimNNhvivQQQQQh轉(zhuǎn)下頁 水力損失水力損失D DNh 從泵內(nèi)阻力角度看，存在沿程損耗沿程損耗hh，有效有效（輸出）壓頭（輸出）壓頭H與轉(zhuǎn)化壓頭轉(zhuǎn)化壓頭Hi之比，稱為水力水力效率效率h hh：hihhHHHHh 另外，泵的輸出功率N與轉(zhuǎn)化功率Ni之比，稱為轉(zhuǎn)化效率轉(zhuǎn)化效率h hi：hvitiigHQgQHNNhhhNaNiND DNmD DNhD DNv返P43 所以，泵的總效率泵的總效率h h：hvmiaiaNNNNNNhhhh 往復泵的轉(zhuǎn)化效率hihvhh的大小表示液力部分的完善程度，而機械效率 hm的大小則表示

21、其機械傳動部分的完善程度。 一般情況下，h h0.750.9。三、往復泵的工作特性 1往復泵的特性曲線往復泵的特性曲線 表示泵的流量Q、輸入功率N及效率h與出出口壓力口壓力p的關(guān)系。 由QthiFSn可知，流量與壓力p無關(guān)。但實際上隨著泵壓升高，泵密封的漏失將增加，流量會略有下降，容積效率hv也會減小。 隨著壓力p增大，泵對動力機提出更高輸入功率Na要求。另外，因hhmhvhh雖然hv略有下降，但hm和hh變化不大Q-pQ, h hv, h h, Naph hv-ph h-pNa-p0，則有效功率會增加，使得h上升。 該曲線是純機械傳動往復泵的特性曲線，Q-p曲線與傳動方式緊密相關(guān)。（往復泵的

22、性能曲線）（往復泵的性能曲線） 2往復泵的工況點往復泵的工況點 Dp表示管路系統(tǒng)消耗的壓管路系統(tǒng)消耗的壓力力。在Q-Dp圖上可作出不同井深Li的管路特性曲線。 將Q-p關(guān)系畫在同一坐標內(nèi)，即得泵與管路聯(lián)合特性曲泵與管路聯(lián)合特性曲線線。（泵與管路聯(lián)合的特性曲線）（泵與管路聯(lián)合的特性曲線）A1p, D DpQ0Q1Q2L2L3L4L1B1C1D1A2B2C2 兩曲線相交點A1、B1、C1及A2、B2、C2等，稱為泵的工況點泵的工況點，這些點滿足質(zhì)量守恒和能量守恒條件，泵處于這些點上才能正常工作。所以井深加大后，要想泵壓低，只能減小流量。 3鉆井泵的臨界特性鉆井泵的臨界特性 往復泵設(shè)計和使用中，存在

23、兩種限制條件。 沖次沖次n的限制的限制 一方面，由QthiFSn可得在iFS不變的情況下，流量Q與沖次n成正比。另一方面，n過高，會加速活塞和缸套的磨損，還會使泵閥產(chǎn)生嚴重的沖擊，大大縮短泵閥壽命。所以對應(yīng)nmax就存在Qmax。 若iSn不變，則對應(yīng)不同的活塞面積F1，F(xiàn)2，F(xiàn)n，即不同的缸套內(nèi)徑，都具有相應(yīng)的最大流量Q1，Q2，Qn，即在某i級缸套下，Q不允許超過Qi，否則就意味著n超過了允許值。 泵壓泵壓p的限制的限制 因為泵的活塞桿和曲柄連桿機構(gòu)等的機械強度有限，為了滿足強度方面的要求，每一級缸套的最大活塞力應(yīng)該不超過某一常數(shù)c，即p1F1p2F2=pnFn=c。也就是每一級缸套都受到

24、一個最大工作壓力或極限泵壓pi的限制。 隨著鉆井深度加深，隨著鉆井深度加深，p會增大，則要求會增大，則要求F作相作相應(yīng)減小。即換成更小的缸套。應(yīng)減小。即換成更小的缸套。 泵的臨界特性曲線正是根據(jù)沖次和壓力的限制條件作出的。 例：例：5級缸套的泵特性曲線級缸套的泵特性曲線 1,2,3,4,5為各級缸套極限工作壓力點極限工作壓力點。所連接的曲線是等功率線等功率線。各工況點都應(yīng)控制在等功率線下方。（鉆井泵的臨界特性曲線）（鉆井泵的臨界特性曲線） 折線1-1-2-2-3-3-4-4-5為該泵的臨界工作特性曲臨界工作特性曲線。線。 藍色虛線為對應(yīng)井深L0，L1的管路特性曲線管路特性曲線。 f1,f2,f

25、3,f4,f5是對應(yīng)各級的缸套直徑，依次缸徑變小。paQ1Qp0pbp5p0p4p3p2p1Q5Q4Q3Q2f f1f f5f f4f f3f f2edcbaL0L111155444nminb2233NN32n0 該曲線表達了： 鉆進越深，更換更小缸鉆進越深，更換更小缸套套。如井深從L0L1流量為 Q1，至L1時p從pap1，更換小直徑缸套后，ppb，QQ2。以Q2繼續(xù)鉆進，p達p2時再換更小缸套。 流量流量Q和壓力和壓力p都限制在一定范圍內(nèi)都限制在一定范圍內(nèi)。如用第一級缸套時，Q、p應(yīng)限制在Q11p10矩形范圍內(nèi)，即Q不能Q1，p不能p1；在第二級缸套時，限制在Q22p20矩形內(nèi)，paQ1Q

26、p0pbp5p0p4p3p2p1Q5Q4Q3Q2f f1f f5f f4f f3f f2edcbaL0L111155444nminb2233NN32n0 泵輸出的最大水力功率泵輸出的最大水力功率（有效功率）為常數(shù)（有效功率）為常數(shù)，即NplQlp2Q2常數(shù)，也就是矩形Q11p10的面積 Q22p20的面積paQ1Qp0pbp5p0p4p3p2p1Q5Q4Q3Q2f f1f f5f f4f f3f f2edcbaL0L111155444nminb2233NN32n0 4“流量”與“排量”概念有何異同？（誰與時間無關(guān)？）（誰與時間無關(guān)？） 5雙作用往復泵活塞前、后的排量是相同的。（ ）（） 6往復

27、泵的流量曲線能反映出（ ）。 A排量均勻度dQ B地面泥漿管路振動情況 C泵的沖程尺寸 D泵的沖次快慢（B） 7往復泵效率由幾部分組成？它們各自是怎樣定義的？反映哪個方面的損耗？（ 機械效率機械效率h hm，功率比，功率比，機械摩擦；機械摩擦； 容積效率容積效率h hv，流，流量比，泵內(nèi)泄漏；水力效率量比，泵內(nèi)泄漏；水力效率h hh，揚程比，泵內(nèi)沿程阻力），揚程比，泵內(nèi)沿程阻力）見P32 8往復泵的臨界特性曲線表達了哪幾方面的含義？（井深加大，缸徑減?。唬ň罴哟?，缸徑減??；流量、壓力均有最大值；泵流量、壓力均有最大值；泵為恒功率輸出）為恒功率輸出） 作業(yè)：見下頁。附1已知3NB-1300型鉆

28、井泵，泵的總效率為0.75，最小缸套時其最大允許壓力為30MPa，泥漿重度g =1200Kg/m3，泵的沖次不變。試求此泵的有效壓頭H、有效功率N、實際排量Q。（查表得3NB-1300型鉆井泵：單作用泵，額定功率960kW，沖程長度305mm，額定泵速120r/min，最大排出壓力35.6MPa，最大流量不小于46.6L/s。）見教材P201表5-2見P30附2已知某鉆井泵（往復泵）的平均理論排量為1600 L/min，排出口表壓力為140大氣壓，吸入口真空度為0.25大氣壓，兩表高差為1.8m，泵的機械效率和轉(zhuǎn)化效率均為0.9，傳動效率為0.95，泥漿重度為1200公斤/m3。試求泵的有效功

29、率Ne、輸入功率N及發(fā)動機功率N發(fā)。（設(shè)排量系數(shù)a100% ，泵的轉(zhuǎn)化效率ht容積效率hv水力效率hh ）第三節(jié) 往復泵的結(jié)構(gòu)和特點一、雙缸雙作用活塞泵 1結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 主軸上兩個曲柄位差角為90。 活塞前流量活塞后流量：Qa1Qa2，Qb2Qb1。 曲線a1、a2、b1、b2按縱坐標疊加即為整臺泵的流量曲線。（雙缸雙作用往復泵結(jié)構(gòu)方案）（雙缸雙作用往復泵結(jié)構(gòu)方案）NB6-600型雙缸雙作用鉆井泵型雙缸雙作用鉆井泵1-曲軸連桿總成；曲軸連桿總成；2-十字頭銷；十字頭銷；3-十字頭體；十字頭體；4-十字頭滑履；十字頭滑履；5-下導板；下導板；6-上上導板；導板；7-介桿介桿(中間拉桿中間拉桿

30、)；8-活塞桿；活塞桿；9-活塞桿密封盒壓蓋；活塞桿密封盒壓蓋；10-活塞桿密封活塞桿密封盒；盒；11-缸套；缸套；12-頂缸花籃；頂缸花籃；13-頂缸器；頂缸器；14-缸套法蘭；缸套法蘭；15-缸套壓蓋；缸套壓蓋；16-排排出管；出管；17-泵體；泵體；18-壓緊圈；壓緊圈；19-頂套；頂套；20-介桿密封盒介桿密封盒返P52 羅馬尼亞2PN-1250雙缸雙作用泵如下：（2PN-1250型鉆井型鉆井泵液力端剖視圖）泵液力端剖視圖）1-頂缸螺栓；頂缸螺栓；2-缸缸蓋絲扣壓圈；蓋絲扣壓圈；3-閥閥座；座；4-閥盤；閥盤；5-泵泵體；體；6-閥蓋；閥蓋；7-閥閥蓋絲扣壓圈；蓋絲扣壓圈；8-排排出四

31、通；出四通；9-安全閥安全閥；10-活塞桿密封盒活塞桿密封盒；11-缸套；缸套；12-活活塞桿；塞桿；13-活塞；活塞；14-缸套頂套；缸套頂套；15-缸套；缸套；16-壓蓋；壓蓋；17-吸入總管吸入總管 2雙缸雙作用往復泵的驅(qū)動部分雙缸雙作用往復泵的驅(qū)動部分 組成：主軸（曲軸）主軸（曲軸）、齒輪齒輪、曲柄連桿機曲柄連桿機構(gòu)構(gòu)、殼體（底座）殼體（底座）等組成。 作用：變主軸的旋轉(zhuǎn)運動為活塞的往復運動，同時傳遞動力和減速。 這種驅(qū)動多采用偏心輪方案，可減小液缸中心線尺寸，但連桿大頭較大，需大直徑連桿軸承。 3雙缸雙作用往復泵的水力部分雙缸雙作用往復泵的水力部分 組成：包括泵體（閥箱）泵體（閥箱）

32、、缸套缸套、活塞活塞、活塞桿活塞桿、密封盒密封盒、泵閥泵閥等。閥箱、缸套及管路間的聯(lián)通關(guān)系閥箱、缸套及管路間的聯(lián)通關(guān)系1-吸入支管；吸入支管；2-吸入閥；吸入閥；3-排出閥排出閥；4-缸套體缸套體3 作用：自吸入池吸入低壓液體，通過活塞變機械能為液壓能，向井底輸送高壓液體，實現(xiàn)液體的循環(huán)，冷卻鉆頭，沖洗井底和攜帶出巖屑。 缸套、介桿、十字頭、導板等實物如下：介桿與介桿與十字頭十字頭十字頭與導板的安裝十字頭與導板的安裝導板導板十字頭密封盒十字頭密封盒缸套缸套見P48 4三缸雙作用往復泵三缸雙作用往復泵 各曲柄間的夾角為120。優(yōu)點是流量比雙缸雙作用泵均勻，但易損件多，結(jié)構(gòu)復雜，加工拆裝困難，曲軸

33、受力惡化，現(xiàn)場較少使用。（三缸雙作用泵示意圖及流量曲線）（三缸雙作用泵示意圖及流量曲線） 二、三缸單作用活塞泵 1優(yōu)點優(yōu)點 與雙缸雙作用泵比，有明顯的優(yōu)點： 缸徑小，沖程短，沖次較高。體積小，重缸徑小，沖程短，沖次較高。體積小，重量輕量輕。同一工廠生產(chǎn)的兩種965kW泵比較，三缸單作用泵的長度比雙缸雙作用泵短25%，重（三缸單作用泵示意圖及流量曲線）（三缸單作用泵示意圖及流量曲線）量輕27%。 缸套在液缸外部用夾持器（卡箍等）固定，活塞桿活塞桿與介桿與介桿也用夾持器固定，因而拆裝方便拆裝方便；活塞桿活塞桿無需密封，工作壽命長工作壽命長。 活塞單面工作，可后部噴進冷卻液體對缸套和活塞進行沖洗和潤

34、滑，有利于提提跳下頁高缸套與活塞的壽命高缸套與活塞的壽命。6（3NP-1000型三缸單作用泵主剖面圖）型三缸單作用泵主剖面圖）1-機座；機座；2-主動軸總成；主動軸總成；3-被動軸總成；被動軸總成；4-缸套活塞總成；缸套活塞總成；5-泵體；泵體；6-吸入管匯吸入管匯系統(tǒng)；系統(tǒng)；7-排出空氣包；排出空氣包；8-起重架起重架跳下頁 泵的流量均勻，壓力波動小泵的流量均勻，壓力波動小。通過計算，一臺未裝空氣包的雙缸雙作用泵的瞬時流量在平均值上下波動分別為26.72%和21.56%，總計達到48.28%；而三缸單作用泵分別為6.64%和18.12%，總計為25.06%。 2缺點缺點 因泵的沖次較高導致其

35、自吸能力降低，常配備灌注系統(tǒng)，增加了附屬設(shè)備。 活塞后端外露，若缸套與活塞配合之處稍有松弛，活塞抽吸時極可能吸入空氣，導致泵工作不穩(wěn)定，降低容積效率。返P61 3三缸單作用泵的組成三缸單作用泵的組成 三缸單作用活塞泵動力端組成三缸單作用活塞泵動力端組成 還是由主動軸（傳動軸）主動軸（傳動軸）、被動軸（主軸或被動軸（主軸或曲軸）曲軸）、十字頭十字頭等組成。 傳動軸總成 傳動軸與小齒輪小齒輪可以是整體式齒軸結(jié)構(gòu)，也可以采用齒圈齒圈熱套在軸上。 齒圈有的是整體式結(jié)構(gòu)，也可將齒圈加工成兩只半人字形齒圈，再熱套在軸上形成人字齒人字齒輪輪。人字形齒輪人字形齒輪 曲軸總成 曲軸上安裝有大大人字齒輪人字齒輪和

36、三根連連桿大頭桿大頭。 大齒輪圈大齒輪圈用鉸制鉸制孔螺栓孔螺栓與曲軸上的輪轂輪轂緊固為一體。 三個連桿軸承連桿軸承的內(nèi)圈熱套在曲軸上，連桿大頭熱套在軸承的外圈上。整體式曲軸總成（整體式曲軸總成（3NB-1000）大人字齒輪大人字齒輪連桿大頭連桿大頭鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓輪轂輪轂連桿軸承連桿軸承 十字頭總成 與前類似。 三缸單作用泵液力端的三缸單作用泵液力端的組成組成 L形泵頭：優(yōu)點是吸入閥可單獨拆卸，檢修和維護方便，液體漏失較少。但它的結(jié)構(gòu)不緊湊，泵內(nèi)余隙流道長，泵頭重量大，自吸能力較差。 目前采用較多。 I形泵頭：這種直通式泵頭的液力端結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕，缸內(nèi)余隙流道長度短，有利于自吸。但更換

37、吸入閥座時須先拆除上方的排出閥，檢修比較困難。 T形泵頭：吸入閥水平布置，排出閥垂直布置，綜合了L形和I形的優(yōu)點，便于吸入閥的拆裝和檢修，泵頭結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部余隙容積減小，重量減輕。 三、柱塞泵 略。 9往復泵傳動軸上的小齒輪與傳動軸有幾種結(jié)構(gòu)方式？（整體式齒軸結(jié)構(gòu)，齒圈與軸（整體式齒軸結(jié)構(gòu)，齒圈與軸熱套結(jié)構(gòu)）熱套結(jié)構(gòu)） 10為什么三缸單作用往復泵比雙缸雙作用泵使用更廣泛？(見見P54) 11動力端的連桿大頭與曲軸之間的連接方式是 ？A熱套連接；B過盈配合連接；C過渡配合連接；D軸承連接（D）第四節(jié) 液壓驅(qū)動及其他類型的往復泵 略。第五節(jié) 往復泵的易損件及配件 往復泵的易損件包括活塞活塞、缸套缸

38、套、柱塞柱塞、密封密封及泵閥泵閥等，主要配件是空氣包和安全閥。一、活塞-缸套總成 缸套座缸套座4與泵頭、缸缸套套2與缸套座缸套座4采用螺紋連接，活塞與中間桿、中間桿與介桿之間采用卡箍等連接。（單作用泵活塞和缸套總成）（單作用泵活塞和缸套總成）1-活塞總成；活塞總成；2-缸套；缸套；3-缸套壓帽；缸套壓帽；4-缸缸套座；套座；5-缸套座壓帽；缸套座壓帽；6-連接法蘭連接法蘭 單作用泵活塞由鋼芯鋼芯2和皮碗皮碗3等組成，一般采用自動封嚴結(jié)構(gòu)，即在液體壓力作用下能自動張開，緊貼缸套內(nèi)壁。（單作用泵活塞）（單作用泵活塞）1-密封圈；密封圈；2-活塞鋼芯活塞鋼芯；3-活塞皮碗；活塞皮碗；4-壓板壓板；5-卡簧卡簧二、柱塞-密封總成 略。三、介桿-密封總成 往復泵介桿一端與十字頭相連，處于機油潤滑環(huán)境中；另一端與活塞桿相連，易受到漏失的鉆井液污染。 為了防止污液竄入動力端機油箱內(nèi)，須用密封隔離。 1跟隨式介桿密封跟隨式介桿密封 波紋密封套波紋密封套2的一端用壓壓板板5緊固在中間壓板上，另一端用卡子卡子3緊固在介桿介桿4上。（跟隨式介桿密封）（跟隨式介桿密封）1-螺釘；螺釘；2-波紋密封套；波紋密封套；3-卡卡子；子；4-介桿；介桿；5-壓板；壓板；6-連接連接板；板；7-螺栓；螺栓；8-中間壓板中間壓板 2全浮動式介桿密封裝置全浮動式介桿密封裝置 球形盤根盒球形盤根盒6可以在浮動套浮