6.4.2 Dynamic Load在线视频

同学们好

本节我们介绍悬点载荷中的动载荷

所谓的动载荷指的是

跟运动相关而产生的载荷

比如说惯性载荷

我们知道惯性是因为物体的运动

而产生的一种特性

惯性力的大小

应该用牛顿第二定律F=ma来计算

也就是

如果我们知道了物体运动的加速度

乘以它的质量

我们就可以得到惯性力的大小

而对于抽油机系统来说

抽油杆和井筒内的液体

在运动中就会产生这种加速度的变化

从而就出现了惯性载荷

我们看

在我们分析的悬点运动规律的曲线里面

这条蓝色的就是悬点的加速度的曲线

这样一条曲线

如果杆柱沿着这样

一个加速度的变化

就必然会产生惯性载荷

那么抽油杆柱的惯性力的大小等于什么呢

按照牛顿第二定律

我们可以得到

抽油杆的质量乘以抽油杆运动产生的加速度

那么液柱的惯性力

同样的

也应该是

液柱的质量乘以液柱的加速度

同时这里的

表达的

是在井筒中流通面积的变化

带来的加速度变化的一个修正

那么液柱载荷存在还是不存在

取决于液柱有没有运动

有没有产生这种加速变化的运动

如果我们知道了抽油杆柱

运动的时候最大的加速度

产生的位置和加速度的大小

我们就可以计算出它的

最大的惯性载荷值是多少

我们来看

对于上冲程来讲

这个公式是我们在悬点运动规律里面介绍的

将悬点运动简化为曲柄滑块运动的

最大加速度的公式

乘以杆柱的质量

就得到了在上冲程悬点的最大惯性载荷

这里面将旋转的角速度

代入之后

我们就整理出一个非常重要的公式

这个公式就是在上冲程的时候

杆柱产生的惯性载荷它的最大值

同样的在下冲程

我们代入了下冲程悬点

它的最大加速度的公式

这里面我们要注意的两点

第一就是方向是一个负值

它的方向相对于上冲程上来说

下冲程的最大惯性载荷方向是向上的

也就是意味着它的惯性载荷是

减小了悬点载荷的

另外这个地方是1-r/l

这个跟上冲程的最大载荷的

这个跟上冲程的最大惯性载荷

也是有区别的

这一点同学们也要注意

以上就是我们介绍的杆柱它的上冲程下冲程

分别对应了下死点位置

和上死点位置的

惯性载荷的大小

要注意到它的方向

而且要注意到

这个是最大的惯性载荷值的表达

对于液柱来说

液柱产生还是不产生惯性载荷

取决于液柱有没有发生相对的运动，

有没有产生最大的加速度

而对于上冲程

我们知道上冲程的过程

是游动阀关闭

液体随着柱塞一起上行的过程

也就意味着悬点的最大加速度

实际上是施加在了

随着柱塞一起运动的液体上的

因此在上冲程的过程中

是出现了惯性载荷的

这个时候的惯性载荷应该是

用最大的加速度的公式乘以液柱的质量

同时考虑到流通面积的变化

带来的加速度的修正

代入之后我们就整理出在上冲程

液柱产生的最大惯性载荷

那么在下冲程的时候

我们注意到在下冲程的过程中

因为游动阀是打开的

这时候液柱不随着杆柱的下行而运动

那么没有运动的液柱显然

是不产生惯性载荷的

所以这一点大家要特别注意

在下冲程的时候

因为液柱不随悬点运动

所以没有液柱惯性载荷

那么综合我们前面所讲

悬点的最大惯性载荷分为上下冲程

其中上冲程中的最大惯性载荷应该是

杆柱的加上液柱的两部分的惯性载荷之和

而下冲程中的悬点最大惯性载荷

只有杆柱的惯性载荷

除了惯性载荷之外

抽油杆还会产生振动

为什么

是因为整个的抽油杆柱是

一根细长的弹性体

这样的一根杆柱

受到了周期性的载荷的变化

同时这个杆柱的运动

也是一个变速的运动过程

这样的一个因素的叠加

不可避免地使杆柱在上下运动中会产生振动

振动而产生的载荷显然应该是属于动载荷的

这里面的曲线

就是一口井实测的

井口的载荷随时间的一个变化

我们可以看到

在这样的一个变化当中

有一些波动的影响

这些影响其实就是振动载荷造成的

惯性载荷和振动载荷

这两个动载荷是和运动相关的

另外我们这里面介绍的摩擦载荷

同样也是跟运动有关系的

所谓的摩擦载荷

指的是相接触的两个元件之间

有相对运动的时候产生的一种载荷的变化

我们来看一下整个的抽油机系统

在正常的生产过程当中

是有哪些有可能发生摩擦载荷的地方呢

我们分析

首先杆管之间

抽油杆和周围的油管

因为井筒轨迹的变化

油管有可能是弯曲的

这时候的杆柱和油管有可能接触了

就有可能出现摩擦载荷

柱塞与衬套之间

我们讲泵的结构的时候

大家知道

泵筒中的柱塞与周围的泵筒

以及泵筒和柱塞之间的衬套是紧密接触的

这样的一个接触

主要是为了加强泵的密封性

但是在运动的过程当中

柱塞与衬套之间就产生了摩擦

第三个抽油杆和液体之间

抽油杆和液体之间有没有摩擦载荷

取决于抽油杆和液体

之间有没有相对的运动

这一点是非常重要的

油管和液体之间

同样的道理

有没有相对运动是判断油管和液体

存不存在摩擦载荷的重要的因素

最后一个方面是过阀阻力

我们来看固定阀

游动阀

过阀阻力的影响

是哪个阀的影响会影响到悬点载荷的

我们注意到对于固定阀来说

过阀阻力的影响是作用在了泵筒上

也就是作用在油管上

是没有传递到悬点上去的

只有柱塞上的游动阀

过阀的阻力才会

沿着杆柱传递到了悬点的位置

影响了悬点的载荷

因此我们分析了

有可能出现摩擦载荷的

五个方面的因素

我们来看一下

对于上冲程来说

这几个因素是不是都存在呢

首先

上冲程

杆管之间是有可能接触的

这种接触可能会发生摩擦载荷的作用

那么摩擦载荷的方向是什么

摩擦载荷是应该跟运动方向相反的

因此上冲程的杆管之间的摩擦

方向是向下的

大小是增加了悬点的载荷

同样的柱塞与衬套之间

它的摩擦也是存在的

而且对于上冲程它也是增加了悬点的载荷

那么上冲程有没有杆液之间的摩擦载荷

我们知道在上冲程的过程里面

柱塞上的游动阀关闭

整个的柱塞托着上面的液体一起向上运动

这个时候杆液是没有相对运动的

因此在上冲程中

是不存在这一部分的摩擦载荷的

但是管液之间呢

相对于油管来讲

上冲程

管内的液体是向上流动的

那么这个时候管液之间是有摩擦载荷

同时摩擦的方向是向下

过阀阻力

那么过阀阻力的大小对于上冲程来说

因为游动阀是关闭的

这个时候虽然经过固定阀的阻力是存在的

但是这个阻力并没有作用在悬点上

因此最后这一部分对于上冲程也是不存在的

综合起来说

对于上冲程

悬点受到的摩擦载荷的作用

分别应该是杆管之间的摩擦

柱塞与衬套之间的摩擦

以及管液之间的摩擦

这三个方面的摩擦力都是向下的方向

都是增加了悬点的载荷

那么下冲程是什么情况呢

下冲程杆管之间

柱塞与衬套之间

显然也是接触的

也是有相对运动的

摩擦载荷是发生的

要注意的是

这个时候的摩擦载荷方向是向上的

那么也就意味着

下冲程的摩擦载荷

是减小了悬点载荷的作用

第三个方面

杆液之间

在下冲程的时候有没有相对运动

按照我们的分析

下冲程

固定阀关闭

游动阀打开

抽油杆下行

相对于液体来说是有相对运动的

杆液的摩擦是存在的

同时摩擦的方向是向上的

那么它是减少了悬点的载荷的

而管液之间

下冲程中管柱中的液体

并没有随着杆柱的运动而运动

这个时候管液之间是没有相对运动

也就没有摩擦载荷的作用

而过阀阻力

因为游动阀的打开

液体通过游动阀流向泵筒的上端

过阀的阻力是作用在了悬点上的

而且是减少了悬点载荷的

因此在下冲程中

应该受到的悬点载荷是杆管之间

柱塞与衬套之间

杆液之间以及过阀阻力的影响

我们介绍了

惯性载荷

振动载荷

和摩擦载荷

这样的一些动载荷的作用

动载荷

和我们前面介绍的静载荷叠加在一起

就构成了整个抽油系统的

悬点的载荷受力的情况

那么这节课的主要内容

我们就介绍到这里

同学们

再见