§6-4往復(fù)泵的工作特性曲線一、往復(fù)泵的特性曲線二、往復(fù)泵的工況三、鉆井泵的臨界特性四、往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)一、往復(fù)泵的特性曲線往復(fù)泵的特性曲線主要表示泵的流量、輸入功率及效率等與壓力間的關(guān)系。往復(fù)泵的流量與壓力間的關(guān)系：由公式 可知，往復(fù)泵在單位時(shí)間內(nèi)排出的液體體積取決于柱塞的截面面積F、沖程長度S、沖次n以及泵缸數(shù)i，而與壓力無關(guān)。因此，若以橫坐標(biāo)表示泵的排出壓力，縱坐標(biāo)表示流量，在保持泵的沖次不變的條件下，泵的理論Q－p曲線應(yīng)是垂直于縱坐標(biāo)的直線。實(shí)際上，隨著泵壓的升高，泵的密封處（如活塞－缸套、柱塞－密封、活塞桿－密封之間）的漏失量將增加，所以，實(shí)際流量隨著泵壓的增高而略有減小。流量不同，Q－p曲線的位置也不同。對(duì)于鉆井泵，其壓力是隨著井深增加而加大的，因此，井的深度較大時(shí)，即使缸套與沖次不變，泵的流量也將稍有減小?！?-4往復(fù)泵的工作特性曲線一、往復(fù)泵的特性曲線二、往復(fù)泵的工況三、鉆井泵的臨界特性四、往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)二、往復(fù)泵的工況泵裝置工作時(shí)，都必須和管路組成一定的輸送系統(tǒng)，才能輸送液體。在輸送過程中，液體遵守質(zhì)量守恒和能量守恒定律。質(zhì)量守恒：指的是單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送的液體量Q等于流過管線的液體量Q’，即Q＝Q’。能量守恒：指的是泵所提供給液體的能量H，全部消耗在克服管路的阻力損失及提高靜壓頭上。設(shè)管路系統(tǒng)消耗及具有的總能量為H’，則有H＝H’。從泵的有效壓頭公式 可知，對(duì)于一定的管路系統(tǒng)，其中右端前三項(xiàng)為定值，稱作固定壓頭，以Hst表示。又，從吸入和排出的全過程來看，管路中液體的慣性水頭并不造成能量損失，因此只是吸入及排出管中的阻力損失：對(duì)于固定的管路系統(tǒng)，為常數(shù)。對(duì)于鉆井泵來說，由于井深是不斷變化的，所以排出管路的長度Ld也是變化的，故隨井深不同而不同，即通常鉆井泵的吸入池和排出池是共用的，因此，固定壓頭所以，管路系統(tǒng)所消耗的壓力（壓力降）為：式中 為某一井深時(shí)的壓力降系數(shù)，即管路特性曲線：以流量Q為橫坐標(biāo)，壓力降 為縱坐標(biāo)，可以作出不同井深Ldi下的管路特性曲線。對(duì)于一定的井深Ldi，只要測量出某流量Q下的壓力降 ，就可以求得該井深時(shí)的壓力降系數(shù)再根據(jù)壓力降系數(shù)就可以求得該井深不同流量時(shí)的壓力降，從而很方便地作出某井深下的管路特性曲線。泵與管路聯(lián)合特性曲線：將泵的理論或?qū)嶋HQ－p特性曲線按同樣的比例繪在管路特性曲線圖上，即得到泵與管路聯(lián)合特性曲線。由圖可知，當(dāng)泵的流量為Q1時(shí)，兩種曲線分別交于A1，B1等各點(diǎn)。顯然，只有在這些交點(diǎn)處，才能滿足質(zhì)量守恒和能量守恒條件，泵才能正常工作。這些交點(diǎn)稱為泵的工況點(diǎn)。由圖可以看出：在排出管長度即井深一定的情況下，泵的流量不同，管路消耗的壓力不同。降低泵的流量可以使壓力消耗減小，即壓降減小。同樣，在流量一定的情況下，井深增加，泵壓升高。這說明，泵實(shí)際給出的工作壓力總是與負(fù)載（此處指管路壓力）直接相關(guān)的，負(fù)載增大，泵壓就升高，反之，泵壓就下降?！?-4往復(fù)泵的工作特性曲線一、往復(fù)泵的特性曲線二、往復(fù)泵的工況三、鉆井泵的臨界特性四、往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)三、鉆井泵的臨界特性泵的沖次及壓力限制泵的沖次n不能超過額定值在泵的沖程長度、活塞及活塞桿截面積一定的情況下，泵的流量Q與沖次n成正比。對(duì)鉆井泵來說，沖次過高，不僅會(huì)加速活塞和缸套的磨損，使吸入條件惡化，降低使用效率，還會(huì)使泵閥產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊，大大縮短泵閥壽命。對(duì)于同一臺(tái)鉆井泵，沖程長度和活塞桿截面積通常是不變的，因此，對(duì)于不同的活塞面積Fi，即不同的缸套面積，都具有一個(gè)相應(yīng)的最大流量，即在某i級(jí)缸套下工作時(shí)，泵的流量不允許超過Qi，否則，泵的沖次就可能超過允許值。泵的壓力受限制（存在一個(gè)最大工作壓力和極限泵壓）因?yàn)楸玫幕钊麠U和曲柄連桿機(jī)構(gòu)等的機(jī)械強(qiáng)度是有限的，為了滿足強(qiáng)度方面的要求，每一級(jí)缸套的最大活塞力應(yīng)該不超過某一常數(shù)：

即，每一級(jí)缸套都受到一個(gè)最大工作壓力或極限泵壓的限制。泵的臨界工作特性曲線：鉆井泵的臨界特性曲線正是根據(jù)泵的沖次和壓力的限制條件作出的。如圖，以Q為橫坐標(biāo)，p為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)上，分別作出了每一級(jí)缸套（共5級(jí)）下的泵特性曲線，并在其上標(biāo)定各級(jí)缸套極限工作壓力點(diǎn)1，2，…，5則折線1－1"－2－2"

－3－3"

－4－4"

－5為該泵的臨界工作特性曲線。臨界工作特性曲線上通常還根據(jù)井身結(jié)構(gòu)及鉆具組成繪制各種井深時(shí)的管路特性曲線。從臨界工作特性曲線，可以看出：在機(jī)械傳動(dòng)的條件下，隨著井深的增加，往復(fù)泵每級(jí)缸套的泵壓近似地按垂直線變化。當(dāng)鉆至某井深使泵壓達(dá)該級(jí)缸套的極限值時(shí)，必須更換較小直徑的缸套，從較低的壓力開始繼續(xù)工作。例如，泵在第一級(jí)缸套下以流量Q1工作時(shí)，井深由L0增至L1，壓力由pa增至p1；更換第二級(jí)缸套后，流量為Q2，在井深為L1時(shí)，泵壓為pb′，隨著井深的增加，泵壓不斷升高，一直到工作壓力升到p2時(shí)才需要更換缸套。不論泵速是否可調(diào)節(jié)，任何一級(jí)缸套下的流量Q（或沖次n）和壓力p都限制在一定的范圍內(nèi)。例如，用第一級(jí)缸套時(shí)，泵壓和流量只能在矩形面積Q11p10范圍內(nèi)；用第二級(jí)缸套時(shí)，泵壓和流量則限制在Q22p20范圍內(nèi)。在泵的最大沖次保持不變的條件下，各級(jí)缸套下泵的最大流量Q1，Q2,…與活塞有效面積成正比，泵輸出的最大水力功率（有效功率）為：顯然，點(diǎn)1，2，…，5的連線是一條等功率曲線。往復(fù)泵工作時(shí)，所有的工況點(diǎn)都應(yīng)控制在等功率曲線的下方，即泵實(shí)際輸出的水力功率總是小于有效功率。為了提高工作效率應(yīng)根據(jù)井深和鉆井工藝的要求合理地選用鉆井泵，并按照井深變化的情況，合理地選用和適時(shí)地更換缸套直徑。還可以采用除純機(jī)械傳動(dòng)以外的傳動(dòng)型式，使泵的工況點(diǎn)盡可能接近等功率曲線。§6-4往復(fù)泵的工作特性曲線一、往復(fù)泵的特性曲線二、往復(fù)泵的工況三、鉆井泵的臨界特性四、往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)四、往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)往復(fù)泵與一定的管路系統(tǒng)組成統(tǒng)一的裝置后，其工況點(diǎn)一般也是確定的。有時(shí)，為了某些需要，希望人為地調(diào)節(jié)泵的流量，以改變工況。由于泵的流量與泵的缸數(shù)i、活塞面積F、沖次n及沖程S成正比關(guān)系，改變其中任一個(gè)參數(shù)，都可以改變泵的流量。常用的鉆井泵流量調(diào)節(jié)方法：更換不同直徑的缸套：設(shè)計(jì)鉆井泵時(shí)，通常把缸套分為數(shù)級(jí)，各級(jí)缸套的流量大體上按等比級(jí)數(shù)分布，即前一級(jí)直徑較大的缸套的流量與相鄰下一級(jí)直徑較小缸套的流量的比值近似為常數(shù)。根據(jù)需要，選用不同直徑的缸套就可以得到不同的流量。調(diào)節(jié)泵的沖次：動(dòng)力機(jī)與鉆井泵之間通常不加變速機(jī)構(gòu)，在機(jī)械傳動(dòng)的條件下，適當(dāng)改變動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)泵的沖次。例如，用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)泵，可在額定轉(zhuǎn)速nr與最小轉(zhuǎn)速nmin之間調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，使泵在額定沖次與最小沖次之間變化，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。注意：在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的過程中，必須使泵壓不超過該級(jí)缸套的極限壓力。減少泵的工作室：在深井段鉆進(jìn)時(shí)，往往井徑較小，為了盡量減少循環(huán)損失，一般希望泵的流量較小。在其它調(diào)節(jié)方法不能滿足要求時(shí)，現(xiàn)場有時(shí)采用減少泵工作室的方法。例如，打開閥箱，取出幾個(gè)排出閥或吸入閥，使有的工作室不參加工作，從而減小流量。但