活塞泵机械与储运工程学院课件.ppt
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- 活塞 机械 储运 工程学院 课件
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1、石石 油油 工工 程程 流流 体体 机机 械械任课教师:赵 洪 滨(Petroleum Engineering Fluid Machinery)绪论绪论采油:高压离心泵 地层注水;高压压缩机 地层注气:维持地层能量,延长油井自喷期有杆、无杆泵 抽油机械开采保证高采油速度和原油产量高压压裂泵 对油、水层进行压裂和酸化提高地层渗透率 增产原油和增注水量的目的。钻井:高压钻井泵 钻井液循环清除井底岩屑;喷射钻井井底涡轮钻具、单螺杆钻具 驱动钻头破碎岩石动力机 液力、液压能量传动绞车、转盘、钻井泵气动系统 协调控制钻井和修井装置部件油气集输:油气混输机械 改进海上和陆地油田油气集输系统布局 缩减开发和
2、经营油田的费用等石油工程流体机械石油工程流体机械分类:分类:液力传动装置液力传动装置 泵泵+液动机液动机利用液体作为传能工作介质利用液体作为传能工作介质 容积式容积式容积式泵容积式液动机容积式泵容积式液动机液压传动液压传动(压能压能)动力式动力式叶片式离心泵动力式涡轮叶片式离心泵动力式涡轮液力传动液力传动(动能压能动能压能)石油工程石油工程水力机械水力机械泵泵 动力机轴机械能动力机轴机械能液体位能、压能、动能液体位能、压能、动能 容积式容积式(容积变化容积变化)压能:压能:叶片式叶片式(叶片转动叶片转动)动能、压能动能、压能:液动机液动机 液体位能、压能、动能液体位能、压能、动能动力机轴机械能
3、动力机轴机械能 容积式容积式(容积变化容积变化)高压液体推动:高压液体推动:动力式动力式(动量变化动量变化)动能压能做功:动能压能做功:涡轮钻具涡轮钻具气力传动装置气力传动装置 压缩机压缩机+气动机气动机,例如燃气轮机:例如燃气轮机:石油工程石油工程气力机械气力机械压缩机压缩机 压缩并输送气体;动力机轴机械能压缩并输送气体;动力机轴机械能气体压力能气体压力能 容积式容积变化容积式容积变化压力能:压力能:往复活塞式活塞式压缩机往复活塞式活塞式压缩机 回转活塞式回转式压缩机回转活塞式回转式压缩机 叶片式叶片作用叶片式叶片作用压力能压力能 离心式气体垂直机轴径向方向离开离心式气体垂直机轴径向方向离开
4、 轴流式气体平行压缩机轴方向离开轴流式气体平行压缩机轴方向离开气动机气动机 气体能量气体能量转换为发动机机械能转换为发动机机械能 内燃机、蒸汽透平、燃气透平、火箭发动机。内燃机、蒸汽透平、燃气透平、火箭发动机。压缩机压缩机燃烧室燃烧室燃气透平燃气透平空气压缩燃烧加热高压高温燃气做功流体机械流体机械普遍特点普遍特点(能量转换、特性参数能量转换、特性参数):流体流体 液体液体 气体气体 有关参数有关参数机械机械活塞往复式活塞往复式 旋转式旋转式有关参数有关参数总总体体性性能能参参数数对对流流体体做做功功输输出出机机械械功功机型(MODEL):活塞机 功率(KW):15KW 马力(HP):20hp
5、排气量:1.3立方米每秒 压力(bar):3mpa 第一章第一章 往复泵往复泵第一节第一节 概述概述名称名称用途用途钻井泵钻井过程携带出井底岩屑、给井底钻具供应动力,向钻井过程携带出井底岩屑、给井底钻具供应动力,向井底输送和循环钻井液井底输送和循环钻井液固井泵向井底注入高压水泥浆固化井壁向井底注入高压水泥浆固化井壁压裂泵向井底注入大量含有固体颗粒的液体或酸碱液体,造向井底注入大量含有固体颗粒的液体或酸碱液体,造成油层人工裂缝,提高原油产量和采收率成油层人工裂缝,提高原油产量和采收率注水泵向井内油层注入高压水以驱油向井内油层注入高压水以驱油抽油泵在井内抽汲原油在井内抽汲原油实际工作条件实际工作条
6、件十分恶劣十分恶劣往复泵要求往复泵要求压力高、功率大;制造维修成本低、体积重量不能压力高、功率大;制造维修成本低、体积重量不能过大过大易损部件易损部件泵阀、活塞泵阀、活塞-缸套、柱塞缸套、柱塞-密封密封一、往复泵的工作原理一、往复泵的工作原理卧式单缸单作用往复式活塞泵示意图 泵动力端 泵液力端 1 1曲柄曲柄1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112122 2连杆连杆3 3十字头十字头4 4活塞活塞5 5缸套缸套6 6排出阀排出阀7 7排出四通排出四通8 8预压排出空气包预压排出空气包9 9排出管排出管10-10-阀箱阀箱(液缸液缸)11-11-吸入阀吸入阀12
7、-12-吸入管吸入管动力机动力机 皮带、齿轮或其他传动件皮带、齿轮或其他传动件 曲柄曲柄(或曲轴或曲轴)液缸吸入过程液缸吸入过程(曲柄左曲柄左右右):活塞移向活塞移向泵动力端动泵动力端动液缸内形成一定真空液缸内形成一定真空吸入阀在液面压力吸入阀在液面压力p pa a作用作用下被推开下被推开吸入池中液体吸入池中液体进入液缸进入液缸 直到活塞右死点直到活塞右死点液缸排出过程液缸排出过程(曲柄右曲柄右左左):活塞移向活塞移向泵液力端泵液力端液缸内液压升高液缸内液压升高吸入阀关闭,排出阀被推开吸入阀关闭,排出阀被推开缸内液体通过排出阀和排出管缸内液体通过排出阀和排出管进入排出池进入排出池 直到活塞左死
8、点直到活塞左死点曲柄旋转一周曲柄旋转一周(0(02)2)活塞往复运动一次活塞往复运动一次单作用泵液缸完成一次吸入和排出过程单作用泵液缸完成一次吸入和排出过程活塞冲程长度:活塞冲程长度:在吸入或排出过程中活塞移动的最大距离,用在吸入或排出过程中活塞移动的最大距离,用S S表示表示曲柄半径曲柄半径rrSS=2r=2r1、采用双动泵或三连泵 双动泵指活塞在一个周期的推、拉都有液体排。三连泵是由三个并联的缸和三个按120o 夹角用曲轴连接的活塞组成。2、安装空气室 将空气室安装在排出管路的始端,当瞬间流量大于平均流量时,泵的排出压强升高,空气室内气体被压缩,超过平均流量的部分液体进入空气室暂存;当瞬间
9、流量小于平均流量时,排出压强降低,空气室内气体膨胀,向排出管路补充提供部分液体,使排出管路中流量基本保持均匀。往复泵是一种容积泵单位时间输送液体量恒定活塞在工作室中的运动速度随转轮的旋转角度变化,单动泵输送液体量如图所示;为改善流量不均匀的状况,可以采用两种措施双动泵指活塞在一个周期的推、拉都有液体排 三连泵是由三个并联的缸和三个按120o 夹角用曲轴连接的活塞组成。二、往复泵的分类二、往复泵的分类目前石油矿场用往复泵种类多,据其特点,一般可分类如下:目前石油矿场用往复泵种类多,据其特点,一般可分类如下:按液缸数:按液缸数:单缸泵、双杠泵、三缸泵、四缸泵等单缸泵、双杠泵、三缸泵、四缸泵等泵排量
10、受缸数影响、以及缸数奇偶有关。泵排量受缸数影响、以及缸数奇偶有关。液缸数增加能减少排量不均匀度,如果不考虑活塞杆的影响,双缸双作用液缸数增加能减少排量不均匀度,如果不考虑活塞杆的影响,双缸双作用泵和三缸双作用泵排量不均匀度等于四缸和六缸单作用泵的情况。泵和三缸双作用泵排量不均匀度等于四缸和六缸单作用泵的情况。液缸数增加也相应地增加了易损件数目液缸数增加也相应地增加了易损件数目使泵的工作可靠性降低:例如在使泵的工作可靠性降低:例如在输送含磨砺性固体颗粒的液体时,此问题更突出输送含磨砺性固体颗粒的液体时,此问题更突出因此,固井、压裂等用因此,固井、压裂等用途的泵一般多为三缸,极少超过五缸;只有当输
11、送清洁液体时,例如注水、途的泵一般多为三缸,极少超过五缸;只有当输送清洁液体时,例如注水、输油等,易损件寿命长,可采用五个或更多。输油等,易损件寿命长,可采用五个或更多。按挤压液体元件结构:按挤压液体元件结构:活塞泵活塞泵:带密封件的活塞与固定的金属缸套形成密封副。带密封件的活塞与固定的金属缸套形成密封副。柱塞泵柱塞泵:金属柱塞与固定的密封组件形成密封副;一般柱塞直径较活塞直金属柱塞与固定的密封组件形成密封副;一般柱塞直径较活塞直径要小得多,因为柱塞直径过大,密封的寿命会降低。特点是冲程短、冲数径要小得多,因为柱塞直径过大,密封的寿命会降低。特点是冲程短、冲数高、尺寸小、重量轻,适于高压工作,
12、因而许多固井和压裂、酸化泵以及部高、尺寸小、重量轻,适于高压工作,因而许多固井和压裂、酸化泵以及部分的注水泵都是柱塞泵。分的注水泵都是柱塞泵。双作用活塞泵示意图双作用活塞泵示意图 柱塞泵示意图柱塞泵示意图 按作用方式:按作用方式:n单作用式活塞或柱塞往复一次液缸有一次吸入和一次排出单作用式活塞或柱塞往复一次液缸有一次吸入和一次排出n双作用式活塞或柱塞往复一次液缸有二次吸入和二次排出双作用式活塞或柱塞往复一次液缸有二次吸入和二次排出 活塞或柱塞将液缸分为两个工作室:活塞或柱塞将液缸分为两个工作室:前工作室前工作室(前缸前缸)没有活塞杆没有活塞杆 后工作室后工作室(后缸后缸)具有活塞杆具有活塞杆按
13、液缸布置:按液缸布置:卧式泵卧式泵,立式泵立式泵,V,V型泵和星型泵等型泵和星型泵等石油矿场使用的泵绝大多数为卧式单列布置。石油矿场使用的泵绝大多数为卧式单列布置。立式单列泵,柱塞与密封对中性好,磨损少,占地面积较少,但稳定性差立式单列泵,柱塞与密封对中性好,磨损少,占地面积较少,但稳定性差移动式或车装设备很少采用,只有某些冲程移动式或车装设备很少采用,只有某些冲程S S较小的固定设备,采用这种较小的固定设备,采用这种方案,例如注水泵。方案,例如注水泵。V V型或星型更少采用:因为型或星型更少采用:因为V V型泵液缸为偶数至少型泵液缸为偶数至少4 4缸,星型一般为五缸以缸,星型一般为五缸以上上
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