0020-BW-100型泥漿泵曲軸箱與液力端特性分析、設計【全套38張CAD圖】,全套38張CAD圖,bw,泥漿泵,曲軸,液力端,特性,分析,設計,全套,38,cad 外文翻譯 畢業(yè)設計外文文獻翻譯 《石油天然氣工程標準手冊》 泵 泵是一種將液體從一個位置驅(qū)動到另一個位置的機械。通常情況下，工程機械用泵是用來移動不可壓縮液體（或接近不可壓縮）或流體的泵。泵是我們?nèi)粘Ｉ钪凶钤缡褂玫臋C械設備，也是眾多使用的機械設備之一。泵更是石油，天然氣工業(yè)的一個重要組成部分，它的用途貫穿整個工業(yè)生產(chǎn)，從鉆探操作到最終把產(chǎn)品交付給顧客。 泵的分類 泵通常分兩類：位移式泵和動力式泵。在石油，天然氣工業(yè)上最廣泛使用的是往復式活塞泵，回轉(zhuǎn)泵和離心泵，也只有這些泵常常被細致的探索和深入地研究。往復式回轉(zhuǎn)泵的顯著特點是它與活塞芯子的運動及液泵的數(shù)量有相當密切的關系。因此，動力泵液體置換在理論上等于單位時間上掃過泵芯子的體積。圖3.3.3顯示了典型式動力泵壓力變化與流量變化的框圖?？梢钥闯觯杭词贡脙?nèi)壓力產(chǎn)生較大的波動，泵的液體排量也不會發(fā)生很大的變化。液體運動時的阻力由泵提供的能量來來抵抗。如果泵內(nèi)的壓力增加，且又要保持活塞運動狀態(tài)不變，泵的每次沖擊力都會有一定的增加，這也是往復式活塞泵也叫做動力泵的原因。在社會生產(chǎn)實踐中，壓力對這些泵的流量會產(chǎn)生很大的影響。這是因為當泵的壓力增加時系統(tǒng)會產(chǎn)生一定程度上的泄漏，泄漏和壓力是成一定比例的，特別是當壓力超過特定許用值時產(chǎn)生的現(xiàn)象更為明顯。泵缸中液體理論流量和實際流量產(chǎn)生的差別叫做流量損失。圖3.3.3為流量損失圖。在動力泵特別是離心泵中，泵內(nèi)流體的壓力決定著泵的卸荷率，在圖3.3.4中有所顯示。 往復泵 活塞泵是動力泵中形式最簡單的一種泵。泵由多種動力源驅(qū)動，如內(nèi)燃機和電動機等。泵運轉(zhuǎn)時，分離的泵系統(tǒng)由電力傳動裝置連接到動力源上，泵缸內(nèi)的流量由活塞的數(shù)量，一些元件的尺寸（鉆孔和沖擊速度）所決定。循環(huán)泵通常設計成定容量和定壓力式的，這些因素由應用條件所決定。一旦泵的壓力和流量確定，設計者就可以跟據(jù)這些條件來確定柱塞孔，活塞往復速率的變化和動力源為滿足條件所需要的產(chǎn)生動力。往復式活塞泵通常又分為垂直式往復泵和水平式往復泵兩種。 單作用泵 單作用泵活塞在一次往復過程中只有一個工作行程。當動力裝置驅(qū)動活塞壓縮時，泵的體積縮小，液缸腔內(nèi)工作液受到擠壓，液缸缸內(nèi)部壓力逐漸增大（液體視為不可壓縮的）吸入閥因受擠壓而被迫關閉，排出閥受力被推開，使液體排出泵缸，進入排出管道。 活塞運動由旋轉(zhuǎn)的曲軸帶動曲軸連桿完成，而曲軸則由電動機通過傳動裝置帶動旋轉(zhuǎn)。單作用泵通常有3個、5個，甚至有7個活塞組成。帶有奇數(shù)個活塞的單作用泵經(jīng)試驗顯示液壓缸內(nèi)液體流動比較平穩(wěn)。至少采用3個活塞的泵可以減少泵缸內(nèi)的液體波動。通常具有3個活塞的單作用泵叫做三缸泵，含5個或7個活塞的單作用泵叫做多缸泵。 雙作用泵 雙作用泵活塞在一次往復過程中有兩個工作行程。液缸中的液體被活塞分為兩個密封腔。當活塞向一側(cè)液腔推動時，受擠壓的液腔縮小，缸內(nèi)液體壓力增大，吸入閥被壓緊，排出閥受力打開，將一部分液體排出缸外；與此同時，在另一液腔中液腔的體積增大，液體壓力降低，排出閥由于受到吸力而壓緊，吸入閥則在外力作用下被推開，一部分液體進入腔中，一個往復過程完成兩次液體吸入和排出。含有一個活塞的雙作用泵叫做單缸雙作用泵，含有兩個活塞的雙作用泵叫做雙缸雙作用泵。 流動特性 所有往復泵的流量都產(chǎn)生一定的波動性。這是由活塞的停止和反向運動造成的結(jié)果。靜止和反向運動的瞬間理論流量損失降為零。因此，泵缸內(nèi)液體的流量是時間的函數(shù)。隨時間的改變而呈周期性變化，如圖3.3.3所示。根據(jù)對往復泵的流量不均勻性的描述可知，泵的缸數(shù)越多，各缸合成的理論流量越趨于均勻，選用奇數(shù)缸比偶數(shù)缸的效果更為明顯。但多缸泵結(jié)構(gòu)復雜，制造和維修較困難，因而通過增加液缸數(shù)來改變泵的流量不均勻度受到一定的限制。在社會生產(chǎn)實踐中為了改善缸中流量不均勻的現(xiàn)象，通常采用的措施是在泵的吸入口和排出口設置空氣室。安裝在排出口的空氣室叫做排出口空氣室，安裝在吸入口的空氣室叫做吸入口空氣室，當往復泵的排量增加到大于平均排量時，排出管道壓力升高，使空氣室內(nèi)的氣體收到壓縮，體積縮小，一部分氣體進入空氣室儲存起來，而不進入排出管道。當泵的瞬時排量小于泵的平均排量時，排出管道壓力降低，空氣室內(nèi)被壓縮的氣體體積膨脹起來，將空氣室內(nèi)儲存的那部分液體基礎空氣室進入排出管道，以補償這部分泵排量的不足。從而起調(diào)節(jié)作用，克服排量不均勻現(xiàn)象。往復式泵的流量不均勻度過大會使沖洗液攜帶巖粉的能力降低，容易造成埋鉆、糊鉆等事故；會導致液流壓力波動增大，從而引起孔壁坍塌或嚴重漏失；造成吸入系統(tǒng)內(nèi)液流慣性增大，使吸入性能變壞，使液缸內(nèi)出現(xiàn)強烈的沖擊現(xiàn)象，還可能形成排出系統(tǒng)發(fā)生振動，大大降低了泵及其附件的使用壽命；當給渦輪鉆具、螺桿鉆具等提供動力介質(zhì)時，沖洗液流量的波動會使鉆具運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，時快時慢，還使得原動機功率的無謂消耗增加 泵性能的要求 鉆井泵的排量要能簡便、迅速地在較大范圍進行調(diào)節(jié)，最好能實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。鉆井泵的排出壓力也要能在較大范圍進行調(diào)節(jié)當根據(jù)鉆進工藝規(guī)程將泵量調(diào)定以后，它不能隨泵的排出壓力的變化而發(fā)生變化。工作可靠、易損件壽命長、便于維修保養(yǎng)。要能適應不利條件下的工作。運移性要好 單作用泥漿泵活塞 安裝在泥漿泵中機構(gòu)的單作用活塞包括一個活塞和末端在腔中運動的抬肩。裝置包括安裝在末端肩部的圓法蘭盤，一個安裝在與法蘭盤邊緣相接近的活塞蓋。這兩部分由墊圈和螺絲連接在活塞的末端。連接活塞部分有活塞桿，它包括一個圓柱形尾部和一個呈放射狀的抬肩，活塞裝配包括平的圓形法蘭盤，它的外圓直徑小于活塞桿缸的內(nèi)圓直徑。法蘭的中心有一個孔，孔的直徑與前面所說的活塞桿末端的直徑相等，安裝的法蘭與靠近肩部的圓柱末端相配合，目的是使法蘭和活塞桿之間形成密封。安裝在靠近法蘭尾部的圓形平轂，它的外圓直徑小于法蘭的外圓直徑，轂的中央有一個孔，孔的直徑大小等于活塞桿末端部分直徑，轂有一個周向較厚的圓形的可移動的橡膠活塞杯，它與前面所說的法蘭相連。它的外緣有一個十分光滑的環(huán)，環(huán)的外圓直徑比前文所說的缸筒內(nèi)徑大，活塞杯有一個中心孔，孔的直徑與轂的外圓直徑相同?；钊闹行妮S向厚度至少要等與轂的厚度。安裝在活塞尾部的可以移動的圓形平墊圈，它的外圓直徑大于轂的外圓直徑，而內(nèi)圓直徑正好等于活塞桿末端直徑?？s緊螺母的螺紋與活塞桿末部相連接，促使墊圈與轂加緊。圖為往復運動的基本區(qū)別，活塞工作在密閉的圓柱形液缸中?；钊着c柱塞缸的區(qū)別如下圖所示，活塞缸中活塞的長度比液壓缸體的長度短，而柱塞缸的活塞長度比液壓缸的長度長。另一個顯著特點是活塞整體包在液缸內(nèi)，而柱塞則進行往復移動，一部分在液壓缸中，另一部分漏在外面。當液缸中活塞運動時，密封系統(tǒng)在活塞上，而柱塞缸的密封系統(tǒng)則嵌在液壓缸缸體上。 泵的工作原理 一般來說往復泵通常分為兩種：抽水泵和動力泵。當運動時又可分為單作用往復泵和雙作用往復泵。抽水泵是一種單作用泵。當活塞借助外力向外抽出時，液腔內(nèi)壓力降低，在外界大氣壓力作用下，排出閥被關緊，吸入閥被推開，液體進入到液缸中；然后活塞借助外力向壓縮時，壓力增加，吸入閥被頂死，而排出閥被推開，液體排出缸外，活塞進行往復運動，液體被吸入又被排出。動力泵的活塞運動與之相似。 泥漿泵 泥漿泵消耗了旋轉(zhuǎn)鉆探系統(tǒng)總馬力的60%以上。當進行鉆探時，泥漿泵通過泥漿循環(huán)系統(tǒng)來循環(huán)鉆探泥漿。泥漿泵向孔內(nèi)輸送沖洗液以清洗孔底，冷卻鉆頭和潤滑鉆具。在使用液動沖擊鉆具時，泥漿泵還能作為能源裝置。 像在圖4.4.1所示的有兩個液壓缸體泵通常叫做雙缸泵，有三個液壓缸組成的泵叫做三缸泵，如圖4.4.2所示。雙缸泵通常用于雙重作用，三缸泵則用于單獨作用。泥漿泵由動力端和液力端組成。動力端如圖4.4.4所示，將電動機（通常為柴油機和電動機）軸上的功率輸送到泵的機軸上；液力端則用來把液體泵出缸外，液力端的橫截面如圖4.4.5所示。動力端的功能，是將動力機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊?或柱塞)的直線往復運動。它包括傳動離合裝置、變速減速裝置和曲柄連桿。它們的相互位置與安排決定著泵的總體結(jié)構(gòu)型式，決定著泵的驅(qū)動方案及結(jié)構(gòu)方案的選擇。動力端的主要零部件包括皮帶輪，離合器曲軸箱體及其中的傳動軸，齒輪副，曲軸，連桿及十字頭滑塊。液力端油泵頭體、缸套 、活塞 、活塞桿吸入閥和排出閥等組成，它的作用是通過活塞在缸套中作往復運動形成液缸容腔變化，完成能量轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)吸入和排出液體。 泵的安裝 泵的抽水馬達被泥漿泵引長，主要依靠吸水管系統(tǒng)而呈機械形式排列，當離心泵（如輔助泵幫助把泥漿將送入泥漿泵）不用時，泵的液壓缸內(nèi)充滿了靜態(tài)的液體。泵缸中填充物得不完善，將產(chǎn)生噪音，產(chǎn)生破壞性的壓力，嚴重縮短了泥漿泵的使用壽命。在較高速運動的活塞缸中，填充物越來越受到人們的重視，成為一個很大的技術難題。抽水泵壓力通過吸入閥和吸入閥座時受到不同程度的損失，在通常情況下不可避免。由于最大限度可以利用的大氣壓力為14.7PSI（海平面）,因此安裝在泵體底部的吸水坑應該被除去，取而代之的是吸水泵，它安裝在相對于泵體比較高的位置，以確保獲得正的吸水壓頭。圖4.4.6所顯示的是一種相對比較理想的安裝方式，它受到最小的摩擦力和較小的慣性。錯誤的安裝抽水泵的入口相當于增加30倍管道內(nèi)部摩擦力。多余的吸入管道摩擦力是導致吸入口凝聚物突然增大的主要因素，使吸入管的直徑明顯減小，吸入管底部和許多裝置順著吸入管安裝，目的是能夠最大限度的降低吸入速度和減少泥漿質(zhì)量。通常在實際生產(chǎn)中，采用直徑較大且較短的管道。由于抽水泵的功用有時不能很好的滿足人們的要求，就會采用上水泵作為輔助工具，這種方式已經(jīng)廣泛地被現(xiàn)代生產(chǎn)中所使用。 泵內(nèi)泥漿的冷卻 150度的泥漿會給泥漿泵帶來很大的破壞性，液壓缸中的泥漿在較低壓力或有真空存在下會沸騰，因而會大大降低泥漿泵的效率，當有油存在時，熱的泥漿還會加速管道內(nèi)部橡膠部件的損壞。在社會實際生產(chǎn)中，通常采用帶有冷卻表面的大泥漿桶來減少這種現(xiàn)象所帶來的破壞。 油氣和氣體的分離 當進行吸氣沖程時，缸內(nèi)壓力降低，以氣泡形式存在于泥漿中的油氣和氣體會發(fā)生膨脹，某種程度上降低了抽水泵的效率?；谀酀{底部的油氣也會自然的加速橡膠部件的老化，通常分離油氣較為困難，因而實際生產(chǎn)中人們常?？扛淖兡酀{的組成物來減少這種現(xiàn)象給泵所帶來的破壞。 沉淀物 通常泥漿具有很好的潤滑性，但也會被沒有從泥漿中濾出去的細沙所破壞。采用適當?shù)某恋韯┖驼駝悠鲿p少這種麻煩，有時候也采用泥漿除沙器。 泵的卸出只管 一個設計較差的卸出只管會引起振動波動和過大的壓力，這一部分安裝應該盡可能的短和采用直接安裝避免任何轉(zhuǎn)彎。通常小的氣室由泵內(nèi)壓力自行來填充，只受到一個中等的緩沖作用，為了達到最佳效果，應盡可能采用大的充氣室。這部分泵排量的不足。從而起調(diào)節(jié)作用，克服排量不均勻現(xiàn)象。采用預先加壓也可以減少波動和過大的壓力 泵的磨損 泵易損件主要包括缸套、活塞(或柱塞及其盤根)、閥和閥座、活塞桿及其盤 根等。都是往復運動件及其密封摩擦副的對磨零件，它們有兩個共同特點：一是對磨零件是彈性體，它可以變形；二是在工作過程中承受著一定的壓力差。因此它與兩個剛性零件形成的摩擦副不同，其摩擦和磨損規(guī)律的研究更困難。泵易損件的磨損，一般又分為正常磨損和非正常磨損。易損件的結(jié)構(gòu)、加工制造質(zhì)量與裝配公差；材料性能；摩擦副的潤滑；泵所輸送介質(zhì)的排量，壓力，溫度，化學性質(zhì)，介質(zhì)中所含磨礪性顆粒的性質(zhì)，形狀，大小，多少；維修、保養(yǎng)、包裝、運輸及儲存等工作性質(zhì)的好壞等都是影響易損件壽命的主要因素。 泵的操作 活塞在干燥的液缸中沖擊可能會損壞襯套，當泵不受重力，液缸長時間不動或活塞不停的往復運動都會導致活塞泵吸入閥的開啟 清洗進水岐管 由于泥漿泵的管路常被凝固的沙子和抽水坑中的碎片，殘骸所填充，這將導致不規(guī)則的低速振動。多檢查和清洗抽水泵的進水岐管是有必要的。如果不能經(jīng)常清洗，采用過濾器的辦法也是可行的。 不循環(huán)材料 通常一些特殊的固體，如堅果殼，石灰石，膨脹的石灰?guī)r等夾雜在泥漿中，嚴重的影響鉆井的野外作業(yè)。大部分的無用填充材料都會影響泵中某些元件的使用壽命。當它們堆積在閥體和閥座之間時會特別的堅硬而難以去除。 清洗出口過濾器 出口過濾器廠被閥管和膠管堵塞，這將增加泵內(nèi)的壓力，而這并不顯示在壓力表上。過濾器應該經(jīng)常清洗，防止壓力堆積 泵室 泵室是專門為高壓設備服務的，通常用較好的材料，采用特別加工方法制造而成。在鉆探設備的氣室中，所有金屬零件都要采取保護，防止其銹蝕和損壞，橡膠零件要避免過度的扭曲，不能暴露在光、熱、油中。一般而言，零件要用抗腐蝕的材料保護起來。粗制活塞會導致泵體內(nèi)部的過早損壞，把它們隨意地放在缸中都會損壞泵缸。偶然從泵缸內(nèi)脫落的金屬零件，應該及早除去換上新的零件。 《Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineering》 By Lyons, William C.; Plisga, Gary S. Publication: Burlington, MA Elsevier, 2005