6.6.1 冲程损失在线视频

同学们好

从本节开始我们学习泵效的计算

首先在本节中我们学习冲程损失

什么是冲程损失呢

冲程损失指的是悬点的冲程

跟泵的柱塞冲程相比

泵的柱塞冲程小于了悬点的冲程

为什么会产生冲程损失呢

悬点的运动是处于交变载荷的作用之下的

而这样的交变载荷呢

对于抽油杆和油管来说

它会产生弹性的伸缩

这种弹性的伸缩

就像橡皮筋一样的这种伸缩方式

同学们可能说杆柱

管柱不都是刚性的吗

但是在1000米 2000米

甚至是更深的油井里面

抽油杆柱和油管

就类似这种橡皮筋一样的这种弹性体

会产生弹性的伸缩

就会导致柱塞的冲程小于光杆的冲程

从而使泵的效率小于1

在这样的一个冲程损失的原因里面

我们看到关键点交变载荷的作用

关键点之二是杆柱和抽油杆

它是一个弹性的伸缩问题

整个的抽油系统处于一个什么样的

交变载荷的作用呢

通过我们前面的讲解 我们知道

上下冲程过程中静载荷里面液柱载荷

是加在柱塞上

还是没有加在柱塞上

这是一个变化

另外就是在上下冲程

这种变速运动中惯性载荷的作用

也是时刻在发生变化的

这样的一些变化就产生了交变载荷的影响

下面我们就具体的来看一下如何计算

冲程损失的大小

首先我们先看静载荷作用之下的冲程损失

我们先看一下整个的抽油泵

在上下冲程的过程中柱塞

以及游动阀 固定阀是如何变化的

我们看到从下死点开始往上运动的上冲程

实际上是游动阀由打开到关闭的过程

也是固定阀由关闭到打开的这么一个过程

这个过程背后力的关系又是什么呢

力的关系其实就是柱塞上面的液柱载荷

在下冲程的时候作用在泵的泵筒下端

在上冲程的时候

因为这个阀球的关闭

液柱载荷就作用在了柱塞上

也就是说上冲程的过程是一个液柱载荷

加在柱塞上的过程

也就是加在了悬点上的过程

同时也是液柱载荷由油管上转移到

柱塞上的一个过程

这个过程和冲程的损失又有什么关系呢

我们来看这个图

这个图里面说的就是从下死点开始

逐渐开始上冲程的时候

杆柱的变化和油管的变化

为了说清这样一个变化

我们来看这样一个示意

在下死点的时候

悬点上行

正常的柱塞这个位置也要跟着一起上行

但是因为液柱载荷加在了柱塞上

因为液柱载荷加在了柱塞上

使得杆柱有一个伸长

这样的一个伸长就导致了一种现象

什么现象呢

悬点上行 而柱塞没有动

什么意思呢

就是悬点上行

正常的应该柱塞跟着上行

但是因为液柱载荷加在了柱塞上

使得杆柱伸长了

产生了这种悬点上移

而柱塞没动的这样一种现象

这就是我们这个地方由A点到B点

A点到B点悬点有一个变化

这种变化对于柱塞来说没变

而杆柱相应的伸长了一个λ

我们称为λr

除此之外对于油管来说又发生了

什么样的问题呢

对于上冲程的过程

实际上是一个油管卸载的过程

油管的卸载就意味着油管要收缩

这种收缩是会带动着泵筒一起收缩的

这样的一种收缩

就带来了一种现象 什么呢

悬点继续上行

但是油管收缩了

油管收缩的过程抵消了悬点继续上行的一段

这就是我们这个地方

由B到B’的这样一种变化

B到B’悬点继续上移了λt

但是因为液载由油管卸到了柱塞上

所以油管收缩了一段距离

带动着泵筒一起收缩了一段距离

使得悬点由B到B’点的时候

柱塞相对于泵筒依然没有位移

这就是由这一点到这一点

由A到B到B’悬点增加了λr再加上λt

但是柱塞相对于泵筒没有变化

对于下冲程的过程

是一个刚好相反的过程

下冲程就意味着载荷由柱塞卸到了油管上

那么带来的变化呢

就是油管要伸长了

而杆柱呢要缩短了

这样的一个变化就使得悬点

由上死点下移一段λr在下一段λt的时候

相对柱塞与泵筒之间还是没有变化

上下冲程的这种变化导致了柱塞的行程

跟悬点行程之间的不对应

就是我们静载荷作用之下的冲程损失

这样的一个冲程损失是由两部分组成的

分别就是杆柱的变化和油管的变化

对于柱塞行程来说它就是

由光杆的行程减掉这样的一个变化

就得到了实际的柱塞行程

那么具体的这种变化是怎么计算的呢

我们是采取了胡克定律来做计算

我们知道胡克定律是跟力有关

跟它的长度有关

跟它的截面积有关

当然还跟这个材料的弹性模量有关系

对于杆柱的行程是液柱的载荷

和整个的杆柱长度以及杆柱的截面积

对于油管来说是油管的截面积

所以同学们要注意这个地方

ft表达的是油管的截面积

而不是油管的整个的面积

是一个环形的油管柱的截面积

除了静载荷的作用之外

还有惯性载荷之下的冲程损失

所谓的冲程损失在这里面反倒成了冲程的增加

为什么惯性载荷作用之下冲程会有增加呢

我们来看

这个惯性载荷的冲程增加

指的就是当悬点运移到上冲程的时候

因为惯性的作用使得柱塞继续上移一段

继续上移一段

当运移到下冲程的时候

到了下死点的位置

因为惯性的作用使得柱塞继续下移一段

这种下移一段和到上冲程上死点的上一段

就产生了冲程的增加量

就是上死点和下死点分别的有一个行程的增加

那么这个行程的增加是怎么计算呢

同样我们也根据胡克定律可以做这个计算

在这里面需要强调两点

首先这种冲程的增加是惯性载荷造成的

所以我们需要将惯性载荷的作用

惯性载荷力的大小给它计算出来

这个惯性载荷力的大小对于抽油杆

和整个的系统来说

产生影响的就是抽油杆柱的惯性载荷

为什么没有液体的惯性载荷呢

因为我们液体的作用在上下冲程的时候

它不是一个刚性体

它内部吸收了

我们只考虑刚性的杆柱受到的

这种惯性载荷的作用

而这种作用在杆柱的每一个位置上

它的值是不一样的

我们取了一个中间的1/2

它的惯性载荷大小做一个计算

这就是这个地方除以二的一个原因

在上死点的位置我们带入的

是上死点位置的悬点的加速度

它的计算公式

我们还记得

在悬点运动规律里面

我们介绍了这个曲柄滑块运动下的

这种加速度的计算公式

相对应的对于下死点来说

我们也是带入了下死点位置的

它的加速度的计算公式

柱塞的增加量应该是由这两部分组成的

所以我们得到了因为惯性载荷的作用

使得冲程增加的这一部分

它的计算是如何得到的

静载荷的作用使得冲程减小了

而惯性的载荷的作用使得冲程又增加了

最终冲程是损失了还是增加了呢

是由这两部分的综合的影响得到的

也就是柱塞的行程

应该是由光杆行程

减掉冲程损失

再加上惯性载荷的作用增加的冲程

这两部分综合考虑了之后

我们就得到了一个完整的柱塞冲程的计算公式

有了柱塞冲程 我们在计算泵效的时候

就达到了第一步

这就是我们介绍的冲程损失的概念

同学们再见