示功图分析原理

过程装备专业实验论文之浅析示功图原理分析及应用姓名：学号：专业班级：2014年5月23号浅析示功图原理分析及应用摘要：示功图是压缩机运行状况和工作性能的综合反映，示功图法是研究压缩机性能与工作状态的基本方法之一，是有效的参数法诊断手段，可在较深层次上诊断压缩机故障。

关键词：示功图，故障诊断，压缩机0引言示功图是压缩机运行状况和工作性能的综合反映，示功图法是研究压缩机性能与工作状态的基本方法之一，是有效的参数法诊断手段，可在较深层次上诊断压缩机故障。

在活塞式机器的一个循环中，气缸内气体压力随塞位移（或气缸内容积）而变化的循环曲线。

循环曲所包围的面积可表示为机器所作的功或所消耗的功，称为示功图，它可用示功器测录。

示功图除了表示作或耗功的大小以外，常常用来分析研究以至改善气缸的工作过程。

内燃机示功图为四冲程内机的实际示功图。

纵坐标表示气缸内气体压力p,横坐表示气缸工作容积V。

把装在压缩机上的示功仪实测下来的示功图，称为压缩机实际示功图。

压缩机实际示功图与理论示功图有很大差异，其特征为：i. 压缩机实际示功图存在气体膨胀线，即完成一个工作循环中除吸气、压缩和排气过程外，还有膨胀压缩机过程；ii. 压缩机实际示功图中吸气过程线低于名义吸气压力线，排气过程线高于名义排气压力线，且压缩机实际示功图中吸、排气过程呈波浪形；iii. 压缩机实际示功图压缩、膨胀过程线的指数值是变化的。

压缩机的理论与实际示功图差别较大，是因为压缩机在实际工作过程中受到余隙容积、压力损失、气流脉动、空气泄漏及热交换等诸多因素的影响。

1机械故障诊断技术的发展故障诊断(FD：Fault Diagnosis)始于机械设备故障诊断，其全名是状态监测与故障诊断(CMFDCondition Monitoring and FaultDiagnosis)。

机械故障诊断(MFD：Machine Fault Diagnosis)是识别机器或机组运行状态的科学，它研究的是机器或机组运行状态的变化在诊断信息中的反映。

示功图分析原理1、泵工作正常时的示功图所谓泵的工作正常，指的是泵工作参数选用合理，使泵的生产能力与油层供油能力基本相适应。

其图形特点：接近理论示功图，近似的平行四边形。

这类井其泵效一般在60%以上。

图中虚线是人为根据油井抽汲参数绘制的理论负载线，上边一条为最大理论负载线，下边一条为最小理论负载线。

现场常常把增载线和减载线省略了。

2、惯性载荷影响的示功图在惯性载荷的作用下，示功图不仅扭转了一个角度，而且冲程损失减少了，有利于提高泵效。

示功图基本上与理论示功图形状相符。

影响的原因是：由于下泵深度大，光杆负荷大，抽汲速度快等原因在抽油过程中产生较大的惯性载荷。

在上冲程时，因惯性力向下，悬点载荷受惯性影响很大，下死点A上升到A′，AA′即是惯性力的影响增加的悬点载荷，直到B′点才增载完毕；在下冲程时因惯性力向上使悬点载荷减小，下死点由C降低到C′，直到D′才卸载完毕。

这样一来使整个示功图较理论示功图沿顺时针方向偏转一个角度，活塞冲程由S 活增大到S′活，实际上，惯性载荷的存在将增加最大载荷和减少最小载荷，从而使抽油杆受力条件变坏，容易引起抽油杆折断现象。

整改措施：1、减小泵挂深度，以减轻光杆负荷。

2、降低抽油机的抽汲参数，减小惯性力。

3、振动载荷影响的示功图分析理论示功图可知，液柱载荷是周期性作用在活塞上。

当上冲程变化结束后，液体由静止到运动，液柱的载荷突然作用于抽油杆下端，于是引起抽油杆柱的振动。

在下冲程，由于抽油杆柱突然卸载也会发生类似现象。

振动载荷的影响是由抽油机抽汲参数过快，使抽油杆柱突然发生载荷变化而引起的振动，而使载荷线发生波动。

整改措施：降低抽油机的抽汲参数，减小惯性力。

4、泵受气体影响的示功图由于在下冲程末余隙容积内还残存一定数量的气体，上冲程开始后，泵内压力因气体膨胀而不能很快降低，使固定凡尔打开滞后，增载变慢，下冲程时气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，使游动凡尔打开滞后，卸载变慢。

其图形特点：卸载线过程缓慢，卸载线CDˊ向右下方变曲的弧线，增载过程也变慢，增载线较理论的增载线平缓。

示功图的分析和解释前言抽油机井采油是目前油田开发中普遍应用的方式，抽油机井的管理水平的好坏，关系到油田整体经济效益的高低。

要做好抽油机井的生产管理工作，必须取准取全各项生产资料，制定抽油机井合理的工作制度，不断进行分析，适应不断变化的油藏动态，加强并提高抽油机井的日常管理水平。

分析和解释示功图，就是直接了解深井泵工作状况好坏的一个主要手段，不但深井泵工作中的一切异常现象可以在示功图上比较直观的反映出来，而且，还可以结合有关资料，来分析判断油井工作制度是否合理，抽油设备与油层和原油性质是否适应，还可以通过“示功图法”对低产、低能井制定出合理的开关井时间，减少设备的磨损和电能的浪费等。

由于抽油井的情况复杂，在生产过程中，深井泵不但要受到抽油设备制造质量和安装质量的影响，而且要受到油层中的砂、蜡、气等多种因素的影响。

致使实测示功图形状多变，各不相同。

尤其是在深井上，这种情况就更为突出。

因此，在分析示功图时，既要全面地了解油井的生产情况、设备状况和测试仪器的好坏程度，根据多方面的资料综合分析，又要善于从各种因素中，找出引起示功图变异的主要因素，这样，才能做出正确的判断。

一、示功图的基础知识1、示功图的概念：示功图的概念：反映深井泵工作状况好坏，由专门的仪器测出，画在坐标图上，被封闭的线段所围成的面积表示驴头在一次往复运动中抽油机所做的功，称为示功图。

动力仪力比：示功图上每毫米横坐标长度所代表的负荷值。

减程比：示功图上每毫米横坐标长度所代表的位移值。

2、计算驴头最大负荷、最小负荷计算公式：(1)根据油井生产资料,绘制该井理论示功图.(2)根据油井生产参数,计算并画出驴头最大负荷、最小负荷在图中理论负荷线上的位置。

两种较简便的计算公式：①最大载荷：P1大＝P液/＋P杆[b＋sn2/1440]P2大＝P液/＋P杆[b＋sn2/1790]②最小载荷：P1小＝P杆[b－sn2/1440]P2小＝P杆[b－sn2/1790]式中：P1大------悬点最大载荷（第一种计算方法）；P2大------悬点最大载荷（第二种计算方法）；P1小------悬点最小载荷（第一种计算方法）；P2小------悬点最小载荷（第二种计算方法）；P液/------作用在活塞整个截面积上的液柱质量，kg；P液＝Fγ液×L，如果井口回压与沉没压力接近，便可忽略它们对悬点载荷的影响；P杆------抽油杆在空气中的质量，kg；B-------考虑抽油杆柱在液体中的减轻质量系数，b＝[1－γ液/γ钢]；γ液-------抽汲液的相对密度；γ钢-------钢的相对密度；S--------抽油机光杆冲程，m；n--------抽油机冲次，次/min；F--------活塞截面积，m2；L--------下泵深度，m；在现场分析抽油井示功图时，可利用示功图计算：P大＝力比×h; P小＝力比×h/式中：力比-------所用动力仪的力比，N/mm；P大、P小-------悬点的最大载荷和最小载荷；h-------上行线最高点距基线的距离，mm；h/-------下行线最低点距基线的距离，mm；两种计算公式的区别：第一套公式是把抽油井悬点运动看做曲柄滑块机构的滑块运动，并取曲柄旋转半径与连杆长度的区别为1/4，它只考虑了液柱和抽油杆质量以及抽油机杆柱的惯性载荷。

第十章示功图测录与分析示功图是气缸内工质压力随气缸容积或曲轴转角变化的图形。

它通过专门的测量仪器—-示功器进行测量。

由工程热力学可知,示功图的面积大小代表了柴油机气缸内一个工作循环的指示功的大小.它是研究柴油机气缸内工作过程完善程度的重要依据,也是用来计算柴油机指示功率的依据,同时还可作为柴油机动力计算和强度计算的资料。

通过示功图可研究缸内的燃烧过程、燃烧放热规律,计算缸内温度,评估扫气过程,计算柴油机指示功率，确定柴油机最大爆发压力和压缩压力等等。

由于它能以图象形式显示缸内的工作过程，而且测试仪器简单实用, 因此在柴油机的测试中，示功图的测取占有非常重要的地位.通常，应定期测录运转柴油机的示功图,且对测取的示功图进行计算和分析.根据其计算和分析结果来判断柴油机的工作性能，并可对其进行适当的调整,保证柴油机能在最佳状态下运转，提高其经济性、动力性和可靠性。

第一节示功图的测录测取气缸示功图的仪器统称为示功器。

根据其工作原理不同，示功器可分为机械示功器、气电示功器以及电子示功器三类。

船上常用的是机械示功器，随着电子技术的应用, 在现代船舶上, 电子式示功器的使用也不断增多.一、机械式示功器机械式示功器是一种使用较早的示功器，目前在低速和部分中速柴油机上仍在使用，它是利用机械位移方法测量缸内压力和活塞位移。

机械示功器按使用的示功弹簧形式不同, 可以分为螺旋弹簧式和柱簧式两种。

两者在结构原理上相同，所不同的是前者使用螺旋形弹簧，后者使用等强度柱形弹簧。

以下主要介绍螺旋弹簧式示功器.1. 结构和工作原理机械示功器的具体结构如图10—1所示, 它由压力感受机构、转筒机构和记录机构三部分组成.压力感受机构包括小活塞5、活塞杆4及示功弹簧1等用来感受缸内压力变化并以示功小活塞位移输出；转筒机构包括绳索9、转筒8用来反映柴油机活塞位移; 记录机构包括杠杆3和画笔机构2具有平行放大作用, 画笔的自由端装有铜笔尖。

当测量示功图时，转筒8上夹有示功纸并通过绳索9由柴油机曲轴或凸轮轴通过专设的示功器传动机构带动, 绕其自身轴左右偏转, 其偏转角位移量正比于柴油机活塞位移, 即转筒转动的弧长代表按比例缩小的活塞行程的长度，反映柴油机活塞的行程.示功器小活塞5在缸内气体压力推动下在小气缸中上下移动，并被弹簧力所平衡。

如何分析示工图示功图分析是把所测取的示功图与柴油机的正常示功图进行比较，找出它们之间的差别，判断柴油机工作过程的优劣以及产生偏差的原因，以进行必要的调整，使柴油机保持在良好的技术状态下运行。

一、正常示功图的特征正常示功图是在柴油机技术状态良好时测取的，通常由柴油机说明书或试航报告提供。

正常示功图有以下特征：（1）工作工程曲线比较圆滑，曲线过渡处无锐角或突变形状。

（2）工作过程各主要特性点的数值如最高爆发压力pz，压缩压力pc等应符合说明书或试航报告的规定。

（3）工作过程曲线无异常波动现象。

（4）示功图尾部形状应符合不同的扫气形式的正常轨迹。

图10-4中绘出了二冲程柴油机正常示功图基本形状，也指出了各特性点在各种示功图上的相互关系。

图中b表示在不同负荷下示功图形状的肥瘦，因此宽度b大致反映了功率的大小。

在缺少正常示功图的情况下，可根据上述各点并参照试航报告所规定的各主要热力参数值进行比较。

若发现示功图上的某些热力参数不正常，必须查明原因，根据说明书上的要求进行调整。

在调整之后，各缸有关热力参数的不均匀度应满足如下要求：在定期测取的示功图中，除正常示功图外，还会出现一些畸形示功图。

这些畸形图可能因柴油机工作过程不正常引起的，也可能由于示功器本身或使用不当等原因引起的，所以应对畸形图进行具体分析，找出造成畸形的原因。

二、示功器传动机构不正常引起的畸形示功图示功器传动机构因安装不正确、零件磨损等原因会造成示功器转筒的运动与柴油机活塞运动不相一致，歪曲了气缸内的压力与行程的相应关系，产生畸形示功图。

1．示功器传动机构定时超前示功器传动机构定时超前是指当柴油机活塞位于上止点前的某一角度时，传动机构带动示功器转筒已到达上止点位置，因而示功器画笔把活塞在上止点的某一角度时气缸的压力画到了示功图的上止点位置。

这样就使示功图发生畸形，使压缩线较正常线偏低。

同理，在上止点后由于示功图上某点所记录的压力值是其前一曲轴转角缸内的压力值，而使膨胀线比正常线偏高，由此使示功图变胖。

/thread-24238-1-1.html理想条件下泵的工作过程和载荷转移情况：泵的活塞在泵筒内作往复运动，活塞在最低位置时，两个凡尔之间有一余隙，此余隙内充满了液体；当活塞下行程快接近下死点时，固定凡尔关闭着，游动凡尔打开着，此时，活塞上下液体连通，光杆上只承受抽油杆杆柱在油中的重量，油管承受了全部液柱重量；当活塞到达下死点开始上行程的瞬间，游动凡尔立即关闭，使活塞上下不连通；活塞要推动它上面的液柱向上移动，这时液柱的重量就加在了活塞上；并通过抽油杆加在了光杆上（光杆此时还承受抽油杆管柱在油中的重量）；油管此时只承受它与活塞之间环形截面上液柱的重量；在下死点前后，抽油杆杆柱上多了一个活塞截面以上液柱的重量，油管上少了一个活塞截面以上液柱的重量。

这时，就要发生弹性变形，油管就要缩短，抽油杆就要伸长（细长的油管和抽油杆杆柱，本身是一个弹性体，在负荷变化时，就产生相应的变形，其变形的多少和负荷变化的多少成正比）。

这时，光杆虽然在上移，但活塞相对于泵筒来说，实际未动，这样就画出了示功图中AB 斜直线，它表示光杆负载增加的过程，称为增载线。

当弹性变形完毕光杆带动活塞开始上行（B）点固定凡尔打开，液体进入泵筒并充满活塞所让出的泵筒空此时，光杆处所承受的负载仍和B点时一样没有变化，所以画出一条直线BC 。

当活塞到达上死点，在转入下行程的瞬间，固定凡尔关闭，游动凡尔打开，活塞上下连通。

活塞上原来所承受的液柱重量又加在油管上。

抽油杆卸掉了这一载荷，油管上加上了这一载荷，于是，二者又会发生弹性变形，这时，油管伸长，抽油杆杆柱缩短，光杆下行，活塞相对于泵筒没有移动，于是画出了CD斜线。

它表示了光杆上负荷减少的过程，称为卸载线。

当弹性变形完毕，活塞开始下行，液体就通过游动凡尔向活塞以上转移，在液体向活塞以上转移的过程中，光杆上所承受的负载不变，所以画出一条和BC平行的直线CD。

当光杆行到下死点，在下行程完毕上行程又将开始的瞬间，游动凡尔关闭，负荷又发生转移，开始了一个新的往复，这样就画成了一个封闭的曲线，这就是我们所说的示功图。