BW-100型泥浆泵曲轴箱与液力端特性分析、设计【全套CAD图纸和说明书】

目  录
  摘要……………………………………………………………………………1
  英文摘要………………………………………………………………………2
第一章 绪论………………………………………………………………… 3  
1. 1  往复泵的应用与发展…………………………………………………3
1. 2  泥浆泵的发展情况……………………………………………………4
1. 3  泥浆泵的作用和特点…………………………………………………5
1. 4  钻探工作对钻井泵性能的要求………………………………………8
1. 5  修井作业简介…………………………………………………………8
1. 6  设计的提出及设计说明书的主要工作………………………………9
1. 7  本章小结………………………………………………………………9
第二章 泥浆泵的运动机理…………………………………………… 10
2. 1 引言…………………………………………………………………10
2. 2 往复式泵的基本结构………………………………………………11
2. 3 住复式钻井泵的流量及其变化规律………………………………12
2. 4 泥浆泵流量不均度…………………………………………………14
2. 5  本章小结 …………………………………………………………15
第三章 泥浆泵整体及其关键部件的设计…………………………16
    3. 1  BW-100型泥浆泵主参数的确定…………………………………16
3. 2   整体设计方案……………………………………………………16
    3. 3   泥浆泵主要零部件强度校核……………………………………20
3. 4   基本结构参数确定………………………………………………32
3. 5   本章小结…………………………………………………………33
第四章 往复式泵的易损件及影响其寿命的主要因素………34
    4. 1   易损件的磨损……………………………………………………34
    4. 2   泥浆泵的使用与维护 …………………………………………36
第五章  泥浆泵的特性分析……………………………………………39
    5. 1   曲轴转速特性分析………………………………………………39
    5. 2   曲轴转矩特性分析………………………………………………40
    5. 3   液力端理论流量特性分析………………………………………41
结束语………………………………………………………………………43
致谢……………………………………………………………………………44
参考文献……………………………………………………………………45
  摘 要
钻探用泵是钻探设备的重要组成部分之一。钻探用泵主要是洗孔用泵，在我国地矿部的部颁标准定为泥浆泵，泵的形式定为往复式泵。在钻探施工中，泥浆泵担负着向孔内输送清洗液，并能使其在孔内循环的作用。在某些特种工序中还用泥浆泵向孔内灌注水泥浆等物质。
泥浆泵是石油矿场钻井作业中的关键设备之一，它的性能、结构、可靠性、适应性、经济性以及使用寿命，直接影响着钻井质量的好坏。泥浆泵是往复泵的一种。本人所设计的泥浆泵是卧式三缸单作用往复式活塞泵，它是通过活塞部件的往复运动，引起密闭的工作腔室容积变化，从而形成腔室内外压力差变化，以吸入和排出液流实现能量转换的。该卧式三缸单作用泵在生产实践中得到了广泛的应用。

关键词： 泥浆泵 ，往复泵，钻井

                   
 ABSTRACT
The drilling pump is one important part of drilling equipment. The drilling pumps are mainly used to wash hole, in our country geology and mining depart- ment proclaimed the standard decides as the mud pump, the form of the pumps designed as the reciprocating pump. In the drilling construction, the mud pump is used to transport the cleaning liquid to the hole, and make it at the hole continual recycling. Also using the mud pump in certain special working procedures to pour matter and cement mortar to the hole.  
A mud pump is one of the critical equipments for petroleum drilling operations, the performance, structure, reliability, suitability, cost and service life of a mud pump will directly affect the drilling operations. The mud pump is a kind of the reciprocating pump. The pump designed myself is three plunger reciprocating pump, it is through the piston part reciprocal motion, causes the airtight work cavity room volume change, thus forms the pressure of the cavity room in side and outside different, and discharges the energy by the inspiration. The successful development of the pump produces a good profit for our factory, and plays an important active role in oil field development and full use of the resources.

Keyword：mud pump , reciprocating pump, drilling.
 
    第一章   绪论
1.1 往复泵的应用与发展
往复泵是最早出现的泵类机械，曾在工业界广泛使用。19世纪末和20世纪初，德国的魏斯特法尔(M.WestPha1)和贝尔格(H. Berg)等人曾对往复泵技术基础理论的研究做出了杰出的贡献。贝尔格的《活塞泵》一书是当时关于往复泵原理和设计的权威性著作。这本著作中有关泵阀运动的分析和公式，吸入、排出过程中液缸内压力变化的规律，吸入管中的惯性水头值计算等至今仍被引用。但在20世纪中，后起的离心泵、转子泵等在许多应用领域取代了往复泵。  其主要原因就是它们的结构简单，通用性强。受此影响，往复泵的技术基础理论和没计、制造技术的研究发展工作长期停滞不前，特别是在基础理论方面，往复泵无论是与内燃机、活塞式压缩机等往复式机械相比，还是与离心系等动力式泵相比，其差距都是相当大的。
    但是，往复泵所具有的一些性能上的特点和优点是其它类型泵无法比拟的。因而它的应用也不可被取代。除了上面提到的在泵压变化的条件下可实现排量恒定外，还有能在严苛条件下泵送特种介质(腐蚀性、磨砺性、高粘度、离密度、高温等)，效率高，排出压力高等特点。这些特点决定了往复泵将在下列领域保留它的应用：
(1)在化工厂中用于泵送特种介质；
    (2)用于矿业生产中输送煤浆、金属矿浆等，包括远距离输送作业；
    (3)用于石油、天然气矿场的钻井、固井、压裂、注水等作业；
    (4)石化、药品、食品等生产流程中的配料计量泵；
    (5)为水压机等锻压机提供动力的高压液压泵。
    在以上几种应用场合中，不但所要求的排量、压力、功率和驱动、传动型式相差甚远，而且为适应各种不同的特种介质和性能要求，泵的液力端结构设计差别很大。从这个意义上来说，往复泵在今日已不再是一种“通用机械”了。
    一方面各应用领域内生产产品、工艺规模的发展变化，使各类往复系统更好地适应和满足生产部门的需要；另一方面各类往复泵之间仍需要相互借鉴和启发。
    在本世纪后半叶，由于应用往复泵的资源开发、石油化工及其它化工、重型机器制造等工业部门的发展需要，往复泵的基础理论与研究和新产品开发工作又受到一定程度的重视。主要研究成果大多以该应用领域用泵，如计量泵、钻井泥浆泵、化工用泵等专著的形式出现。
    针对往复杂、制造成本高的特点，要努力提高各类往复泵的标准化和通用化水平。模块化设计是一个方向，即以最少数量的液力端和传动端的模块组合成适应范围极广的变型泵结构夏产品。还可以用同一尺寸的液力端改变材料后适应不问的介质和压力，相同的传动端并联成不同缸数的泵，等等。
在提高标液化和通用化程度的基础上：普及CAD／CAM技术的应用，加强可靠性的研究。提高曲轴、缸体、泵壳等复杂形状零部件的设计、工艺水平，提高轴承、密封件等基础元件的质量，提高装配工艺水平。还应指出，往复泵多用来泵送特种介质，这是它的优势所在，但由此产生的问题是液力端零件，特别是易损件的寿命较低，因此，重视液力端水力过程机制的研究及其零件失效原因的研究，提高零件的使用寿命，减少停机修理时间，合理安装与维护也是进一步发挥往复泵特长的重要课题。
1.2 泥浆泵的发展情况
到目前为止，使用泥浆泵钻井己有一百多年的历史。早期的泥浆泵的功能仅在于循环泥浆、冷却井底、携带岩屑和在井壁形成泥饼。在四十年代末，采用了喷射式钻井，以及后来的井下动力钻具钻井，利用高压泥浆的冲蚀力辅助破碎岩石可以加快钻井速度，利用泥浆的动力驱动井下涡轮钻具也可以旋转钻井，从而扩大了泥浆泵的功能和使用范围。
泥浆泵早期的典型结构是双缸双作用泵，这种泵使用时比较可靠，但是体积和重量都较大，效率低，压力波动大。随着钻井井深的增加和套管层次的增多，对钻井泵的排量和泵压提出了愈来愈高的要求。这也导致了泵功率的急剧加大，泵的重量和外形尺寸也随之增加。为减轻泵重，当时在双缸泵的设计上较大的改进是以钢代铁和减小泵宽。以钢带铁是用钢板焊接的泵壳代换铸铁泵壳，并将一些零件改用优质合金钢制造;减小泵宽是应用大直径的滚动轴承作连杆大端支撑，摒弃悬臂曲拐轴设计。这样，两缸中心距明显缩小。这些都是50年代双缸泵的主要改进之处。当然，除此之外在细节结构上也有不少改进。尽管在50-60年代喷射钻井工艺本身提出了Pa的泵压要求，但双缸泵的实际持续工作泵压只能达到Pa左右。限制泵压提高的主要因素是活塞橡胶皮碗的寿命。双缸双作用泵的活塞是“捂”在缸体里的，冷却散热条件极差。尽管冲次不高，但在高压下由于活塞皮碗与缸套的摩擦，仍将产生100℃上下的温度:再加上与缸套间的各种磨损作用，皮碗很快老化破裂，不能保证钻井作业的正常进行和使用的合理寿命。但这种单向活塞和敞口缸套的结构给吸入带来了特殊的问题，即三缸泵的吸入过程中，只要缸内压力低于当地大气压，空气就可能从活塞背后侵入液缸而破坏正常吸入。所以，在原则上三缸泵应配置灌注泵，这也是国外通常的做法。三缸单作用泥浆泵的优点在于体积小、重量轻、效率高、压力波动小，特别适用于钻井。三缸单作用泥浆泵经过三十多年的不断改进和完善，在性能上、结构上、可靠性、适应性与经济性等方面，已经走向成熟，使用效果也很显著。
在我国，第一台泵是五十年代诞生的，为双缸泵。在七十年代，由于钻井工艺的试验和推广，引进国外三缸泵及技术。从此开始了三缸泵的研制工作，它在短短的数年中取代了双缸泵，成为提高喷射钻井水平的关键设备。