钻采机械复习(第5章往复泵)
钻采机械复习
(第5章石油矿场用往复泵)
1. 钻机的循环系统包括钻井泵、钻井液池、钻井液槽、地面管汇、钻井液净化设备和钻井液调配设备。
2. 循环系统的核心是钻井泵，它是循环系统的工作机。
3. 由于目前国内外石油钻机中采用的钻井泵都是往复式的压力泵，所以人们习惯上也把钻井泵称为往复泵。
4. 简述往复泵的基本构成和工作原理
往复泵是一种容积泵，它依靠活塞在泵缸中往复运动，使泵缸内工作容积发生周期性地变化来吸排液体。
往复泵由两个基本部分组成：液力部分，包括活塞、液缸、泵阀等部件，主要作用是进行能量形式的转换，即把机械能转化成液体能。
动力部分，包括曲柄、连杆、十字头、活塞杆等部件，主要作用是进行运动形式的转换，即把驱动机的旋转运动转换为活塞的往复直线运动。
5. 简述往复泵液缸的吸入过程和排除过程。
当曲柄以角速度ω开始旋转时，活塞从水力端向动力端移动，缸内容积变大，液缸内形成一定的真空度，吸入罐中的液体在液面压力的作用下经吸入管推开吸入阀进入液缸，直到活塞移到右死点为止，这一过程为液缸的吸入过程。
当曲柄继续转动，活塞从动力端向水力端移动，由于缸内容积的缩小，液体受到挤压，压力升高吸入阀关闭，排出阀被推开，液体经排出阀和排出管进入排出罐，这一过程为液缸的排出过程。
6. 往复泵按缸数分可分为单缸泵、双缸泵、三缸泵、四缸泵等。
7. 往复泵按工作件的式样分可分为活塞泵和柱塞泵。
8. 往复泵按作用方式分可分为单作用泵和双作用泵。
9. 简述往复式泵基本的性能参数
(1) 流量：指的是单位时间内，泵通过排出管所输送的液体量。
流量通常以体积单位表示，又称为体积流量。
有时也用重量单位表示流量，称为重量流量。
(2) 泵压：一般指的是泵排出口处的液体压力。
(3) 泵的效率：指的是有效功率与输入功率之比值。
(4) 泵的冲数是指：单位时间内活塞(或柱塞)的往复次数。
10. 三缸单作用泵与双缸双作用泵相比较，其主要的优缺点是什么？
优点：1.缸径小、冲程短、冲次高、体积小、质量轻 2.泵的流量均匀，压力波动小 3.活塞的寿命 4.缸套拆装方便 5.易损件少、维修费用低 6.机械效率高
缺点：1. 由于三缸单作用泵的冲次高，活塞线速度大，自吸能力差，容易产生汽蚀现象。
2. 由于单作用泵活塞的后端外露，在吸入时，液缸内压力低，外部空气容易进入液缸，从而导致泵工作不平稳，降低容积效率。
11. 在三缸单作用钻井泵的代号中，如3NB-1300，3NB表示钻井泵的代号，1300表示输入功率（马力）。
12. 三缸单作用钻井泵由动力端和液力端两大部分组成。
13. 简述十字头总成的作用？
十字头的作用是用来传递活塞力，同时，又对活塞在缸套内作往复直线运动起导向作用，使介杆、活塞等不受曲柄切向力的影响，减少介杆和活塞的磨损。
14.目前国产三缸单作用泵泵头主要有L形、I形二种形式。
简述它们的优缺点是什么？
L形布置方案的优点：液流比较平稳，减少振动和压力波动。
吸入泵头和排出泵头可分块制造。
吸入阀可以单独拆卸，检修和维护方便，钻井液漏失较少。
缺点是结构不紧凑，泵内余隙流道长，泵头质量大，自吸能力较差。
I形布置方案的优点：这种直通形泵头的液力端结构紧凑，重量较轻，缸内余隙流道长度短，有利于自吸。
15. 画出双缸单作用往复泵流量曲线，并计算流量不均度。
答：双缸单作用往复泵流量曲线如图所示：
max min S Q Fr sin F 2n=FSn 2
Q 0Q 2FSn
ωϕππ==⋅⋅==瞬瞬理均 则流量不均度max min Q Q FSn 0Q 2FSn 2
ππδ--=
==瞬瞬理均
16.一台输水用双缸双作用往复泵活塞直径=D 80mm ，活塞杆直径=d 25mm ，冲程=S 450mm ，冲次=n 45min -1，流量系数=α0.9，泵总效率=η0.9，求：该泵的理论平均流量和实际流量；
解： ()()()()
()()
()22223
3-3
333
33
22F-f Sn 1Q 60
4522D d 0.4560440.0250.080.33752m 6.4510s Q Q 0.85 6.4510m 5.4810s 2N HQ g 102500 5.481010009.810134.26kW N 134.26N 149.18kW 0.9
πππαρη-----=⎛⎫=⨯⨯-⨯⨯ ⎪⎝
⎭⎛⎫=-⨯ ⎪⎝⎭
=⨯==⨯⨯=⨯=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯====理均理均
实轴 17. 简述三缸单作用泵活塞的结构特点。
三缸单作用泵活塞的结构由阀芯和皮碗等组成，一般采用自动封严结构，在液体压力的作用下自动张开，紧贴缸套内壁。
单作用泵活塞的前部为工作腔，
吸入低压液体，排出高压液体；后部与大气相通，一般由喷淋装置喷出的液体冲洗和冷却。
18.目前使用的钻井液净化装置中，主要是采用两级净化和三级净化处理系统。
19.一套完备的钻井液净化装置一般由 钻井液振动筛、旋流除砂器、旋流除泥器、离心分离机和除气器等组成。
20.双缸双作用往复泵曲柄轴旋转一周，单个液缸实现 B 次吸入， B 次排出。
A 、1, 1
B 、2, 2
C 、1, 2
D 、2, 1
21.往复泵泵内能量损失包括 机械 损失、 容积 损失和 水力 损失。
22.单缸双作用往复泵曲柄轴旋转一周，液缸实现 两 次吸入， 两 次排出。
23．试绘出三缸单作用往复泵流量曲线，并计算流量不均度。
答：三缸单作用往复泵流量曲线如下图所示。
其流量不均度为：max min
FSn rw rw 20.1413FSn 3FSn F F Q Q Q πδ⎛ -⎝⎭=
===瞬瞬理论 24.泵是把动力机的 D 能转化为液体能的机器。
A 电
B 液体
C 气体 D
机械
25.三缸单作用往复泵，当λ＝0时，其流量不均度为 B 。
A 、π/2
B 、0.141
C 、 0.314
D 、0.282
26.根据三缸单作用往复泵的流量曲线，计算流量不均度。
解：泵的瞬时流量曲线是三条极位夹角相差120°的三条正弦曲线叠加而成的，当第一缸曲柄转到30°时，第二缸曲柄转到150°，瞬时流量达到最大值。
得最大瞬时流量：
60
150sin 6030sin 6021max n FS n FS n FS Q Q Q πππ=+︒=+= 当曲柄转角转到60°时，往复泵达到最小流量
60
866.060sin 60min n FS n FS Q ππ=︒= 理论平均流量2060360FSn FSn iFSn Q th === 流量不均度：
141.020)60866.060(min max =-=-=FSn n FS n FS Q Q Q th
ππδθ
27.根据四缸单作用往复泵的流量曲线，计算流量不均度。
解：泵的瞬时流量曲线是四条极位夹角相差90°的四条正弦曲线叠加而成的，当第一缸曲柄转到45°时，第二缸曲柄转到135°，瞬时流量达到最大值。
得最大瞬时流量：
60
414.1135sin 6045sin 6021max n FS n FS n FS Q Q Q πππ=︒+︒=+= 当曲柄转角转到90°时，往复泵达到最小流量
60
90sin 60min n FS n FS Q ππ=︒=
理论平均流量1560460FSn FSn iFSn Q th ===
流量不均度：
314.015
)
6060414
.1(min
max =-=-=FSn n FS n
FS Q Q Q th ππδθ
28.根据双缸单作用往复泵的流量曲线，计算流量不均度。
解：当第一液缸排出时，另一个液缸进入吸入段，曲柄转180°以后，另一个液缸排出终了，第二液缸开始排出，其最大瞬时流量为: 最大瞬时流量：
6090sin 60max n
FS n
FS Q ππ=︒=
当曲柄转角转到0°, 180°时，往复泵达到最小流量
0min =Q
理论平均流量602FSn
Q th =
流量不均度：
57.160
260
min
max ==
-=FSn n
FS Q Q Q th πδθ 29.根据双缸单作用往复泵的流量曲线，计算流量不均度。
解：当曲转到90°时，最大瞬时流量为: 最大瞬时流量：
6090sin 60max n
FS n FS Q π
π=︒=
当曲柄转角转到0°, 180°时，往复泵达到最小流量
0min =Q
理论平均流量60FSn
Q th =
流量不均度：
14.360
60min max ==-=FSn n FS Q Q Q th πδθ。
