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BW-100型泥浆泵曲轴箱与液力端特性设计【38张图/17400字】【优秀机械毕业设计论文】

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关键词：: bw 泥浆泵曲轴液力端特性设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份,46页,17400字左右.
开题报告一份.
文献一份.

图纸共37张:
A0-总装配图.dwg
A1-曲轴箱体1.dwg
A1-曲轴箱体2.dwg
A4-16零件图[二][16张].dwg
A4-16零件图[一][16张].dwg
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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.

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

BW100型泥浆泵曲轴箱与液力端特性分析、设计

内容简介：: 外文原文毕业设计外文原文 .; . 2005 a a to to a to to or or to of a of to to in in be in is a of of in or is to of of (s) (3. a of of in in of of in If be to of is is a In on of is as is of in is to to of a is to as is . In in is by in of is . he is of a be by a of in by a In 文原文 to by a of a is by of or of A is a by a of to in a or or is to To is as is to is by a is to by a an of is by of a 7. is of to be of at of A is a A or is a As a of is is a is s ). is in of is to to a is in of 7. or A is a A is a ll a is of as it At to as a of 文原文 or of of ). a or be in to or ). is a in a a an a in a a on in A is on in A is in is by a a A in a a a in a a a an of a a to of of to be on in a a an of a a to of of an to be by of in a a an to of an an of a a to of a an at to of to be in a an of an to of of to be by of in of a to of to of A a an a in a a a on in an of a a to of of a a on in an of a a to of of an a in a an to of an an of a a to of a an at to of 外文原文 a an of an to of of a of to of he or a a a be is of is is on of a a is is in a at of to a n to is be as or in or is a it of an a or An a or in of it In is A is to in as _ to of _ On a is to is in is in of a an of is is as of is he is an of a in it an of is 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外文原文外文原文外文原文外文原文外文翻译毕业设计外文文献翻译石油天然气工程标准手册泵泵是一种将液体从一个位置驱动到另一个位置的机械。通常情况下，工程机械用泵是用来移动不可压缩液体（或接近不可压缩）或流体的泵。泵是我们日常生活中最早使用的机械设备，也是众多使用的机械设备之一。泵更是石油，天然气工业的一个重要组成部分，它的用途贯穿整个工业生产，从钻探操作到最终把产品交付给顾客。泵的分类泵通常分两类：位移式泵和动力式泵。在石油，天然气工业上最广泛使用的是往复式活塞泵，回转泵和离心泵，也只有这些泵常常被细致的探索和深入地研究。往复式回转泵的显著特点是它与活塞芯子的运动及液泵的数量有相当密切的关系。因此，动力泵液体置换在理论上等于单位时间上扫过泵芯子的体积。图化的框图。可以看出：即使泵内压力产生较大的波动，泵的液体排量也不会发生很大的变化。液体运动时的阻力由泵提供的能量来来抵抗。如果泵内的压力增加，且又要保持活塞运动状态不变，泵的每次冲击力都会有一定的增加，这也是往复式活塞泵也叫做动力泵的原因。在社会生产实践中，压力对这些泵的流量会产生很大的影响。这是因为当泵的压力增加时系统会产生一定程度上的泄漏，泄漏和压力是成一定比例的，特别是当压力超过特定许用值时产生的现象更为明显。泵缸中液体理论流量和实际流量产生的差别叫做流量损失。图流量损失图。在动力泵特别是离心泵中，泵内流体的压力决定着泵的卸荷率，在图往复泵活塞泵是动力泵中形式最简单的一种泵。泵由多种动力源驱动，如内燃机和电动机等。泵运转时，分离的泵系统由电力传动装置连接到动力源上，泵缸内的流量由活塞的数量，一些元件的尺寸（钻孔和冲击速度）所决定。循环泵通常设计成定容量和定压力式的，这些因素由应用条件所决定。一旦泵的压力和流量确定，设计者就可以跟据这些条件来确定柱塞孔，活塞往复速率的变化和动力源为满足条件所需要的产生动力。往复式活塞泵通常又分为垂直式往复泵和水平式往复泵两种。单作用泵单作用泵活塞在一次往复过程中只有一个工作行程。当动力装置驱动活塞压缩时，泵的体积缩小，液缸腔内工作液受到挤压，液缸缸内部压力逐渐增大（液体视为不可压缩的）吸入阀因受挤压而被迫关闭，排出阀受力被推开，使液体排出泵缸，进入排出管道。活塞运动由旋转的曲轴带动曲轴连杆完成，而曲轴则由电动机通过传动装置带动旋转。单作外文翻译用泵通常有 3个、 5个，甚至有 7个活塞组成。带有奇数个活塞的单作用泵经试验显示液压缸内液体流动比较平稳。至少采用 3 个活塞的泵可以减少泵缸内的液体波动。通常具有 3个活塞的单作用泵叫做三缸泵，含 5个或 7个活塞的单作用泵叫做多缸泵。双作用泵双作用泵活塞在一次往复过程中有两个工作行程。液缸中的液体被活塞分为两个密封腔。当活塞向一侧液腔推动时，受挤压的液腔缩小，缸内液体压力增大，吸入阀被压紧，排出阀受力打开，将一部分液体排出缸外；与此同时，在另一液腔中液腔的体积增大，液体压力降低，排出阀由于受到吸力而压紧，吸入阀则在外力作用下被推开，一部分液体进入腔中，一个往复过程完成两次液体吸入和排出。含有一个活塞的双作用泵叫做单缸双作用泵，含有两个活塞的双作用泵叫做双缸双作用泵。流动特性所有往复泵的流量都产生一定的波动性。这是由活塞的停止和反向运动造成的结果。静止和反向运动的瞬间理论流量损失降为零。因此，泵缸内液体的流量是时间的函数。随时间的改变而呈周期性变化，如图示。根据对往复泵的流量不均匀性的描述可知，泵的缸数越多，各缸合成的理论流量越趋于均匀，选用奇数缸比偶数缸的效果更为明显。但多缸泵结构复杂，制造和维修较困难，因而通过增加液缸数来改变泵的流量不均匀度受到一定的限制。在社会生产实践中为了改善缸中流量不均匀的现象，通常采用的措施是在泵的吸入口和排出口设置空气室。安装在排出口的空气室叫做排出口空气室，安装在吸入口的空气室叫做吸入口空气室，当往复泵的排量增加到大于平均排量时，排出管道压力升高，使空气室内的气体收到压缩，体积缩小，一部分气体进入空气室储存起来，而不进入排出管道。当泵的瞬时排量小于泵的平均排量时，排出管道压力降低，空气室内被压缩的气体体积膨胀起来，将空气室内储存的那部分液体基础空气室进入排出管道，以补偿这部分泵排量的不足。从而起调节作用，克服排量不均匀现象。往复式泵的流量不均匀度过大会使冲洗液携带岩粉的能力降低，容易造成埋钻、糊钻等事故；会导致液流压力波动增大，从而引起孔壁坍塌或严重漏失；造成吸入系统内液流惯性增大，使吸入性能变坏，使液缸内出现强烈的冲击现象，还可能形成排出系统发生振动，大大降低了泵及其附件的使用寿命；当给涡轮钻具、螺杆钻具等提供动力介质时，冲洗液流量的波动会使钻具运转不平稳，时快时慢，还使得原动机功率的无谓消耗增加外文翻译泵性能的要求钻井泵的排量要能简便、迅速地在较大范围进行调节，最好能实现无级调节。钻井泵的排出压力也要能在较大范围进行调节当根据钻进工艺规程将泵量调定以后，它不能随泵的排出压力的变化而发生变化。工作可靠、易损件寿命长、便于维修保养。要能适应不利条件下的工作。运移性要好单作用泥浆泵活塞安装在泥浆泵中机构的单作用活塞包括一个活塞和末端在腔中运动的抬肩。装置包括安装在末端肩部的圆法兰盘，一个安装在与法兰盘边缘相接近的活塞盖。这两部分由垫圈和螺丝连接在活塞的末端。连接活塞部分有活塞杆，它包括一个圆柱形尾部和一个呈放射状的抬肩，活塞装配包括平的圆形法兰盘，它的外圆直径小于活塞杆缸的内圆直径。法兰的中心有一个孔，孔的直径与前面所说的活塞杆末端的直径相等，安装的法兰与靠近肩部的圆柱末端相配合，目的是使法兰和活塞杆之间形成密封。安装在靠近法兰尾部的圆形平毂，它的外圆直径小于法兰的外圆直径，毂的中央有一个孔，孔的直径大小等于活塞杆末端部分直径，毂有一个周向较厚的圆形的可移动的橡胶活塞杯，它与前面所说的法兰相连。它的外缘有一个十分光滑的环，环的外圆直径比前文所说的缸筒内径大，活塞杯有一个中心孔，孔的直径与毂的外圆直径相同。活塞杯的中心轴向厚度至少要等与毂的厚度。安装在活塞尾部的可以移动的圆形平垫圈，它的外圆直径大于毂的外圆直径，而内圆直径正好等于活塞杆末端直径。缩紧螺母的螺纹与活塞杆末部相连接，促使垫圈与毂加紧。图为往复运动的基本区别，活塞工作在密闭的圆柱形液缸中。活塞缸与柱塞缸的区别如下图所示，活塞缸中活塞的长度比液压缸体的长度短，而柱塞缸的活塞长度比液压缸的长度长。另一个显著特点是活塞整体包在液缸内，而柱塞则进行往复移动，一部分在液压缸中，另一部分漏在外面。当液缸中活塞运动时，密封系统在活塞上，而柱塞缸的密封系统则嵌在液压缸缸体上。外文翻译泵的工作原理一般来说往复泵通常分为两种：抽水泵和动力泵。当运动时又可分为单作用往复泵和双作用往复泵。抽水泵是一种单作用泵。当活塞借助外力向外抽出时，液腔内压力降低，在外界大气压力作用下，排出阀被关紧，吸入阀被推开，液体进入到液缸中；然后活塞借助外力向压缩时，压力增加，吸入阀被顶死，而排出阀被推开，液体排出缸外，活塞进行往复运动，液体被吸入又被排出。动力泵的活塞运动与之相似。泥浆泵泥浆泵消耗了旋转钻探系统总马力的 60%以上。当进行钻探时，泥浆泵通过泥浆循环系统来循环钻探泥浆。泥浆泵向孔内输送冲洗液以清洗孔底，冷却钻头和润滑钻具。在使用液动冲击钻具时，泥浆泵还能作为能源装置。像在图三个液压缸组成的泵叫做三缸泵，如图缸泵通常用于双重作用，三缸泵则用于单独作用。泥浆泵由动力端和液力端组成。动力端如图示，将电动机（通常为柴油机和电动机）轴上的功率输送到泵的机轴上；液力端则用来把液体泵出缸外，液力端的横截面如图示。动力端的功能，是将动力机的回转运动转变为活塞 (或柱塞 )的直线往复运动。它包括传动离合装置、变速减速装置和曲柄连杆。它们的相互位置与安排决定着泵的总体结构型式，决定着泵的驱动方案及结构方案的选择。动力端的主要零部件包括皮带轮，离合器曲轴箱体及其中的传动轴，齿轮副，曲轴，连杆及十字头滑块。液力端油泵头体、缸套、活塞、活塞杆吸入阀和排出阀等组成，它的作用是通过活塞在缸套中作往复运动形成液缸容腔变化，完成能量转化，实现吸入和排出液体。外文翻译泵的安装泵的抽水马达被泥浆泵引长，主要依靠吸水管系统而呈机械形式排列，当离心泵（如辅助泵帮助把泥浆将送入泥浆泵）不用时，泵的液压缸内充满了静态的液体。泵缸中填充物得不完善，将产生噪音，产生破坏性的压力，严重缩短了泥浆泵的使用寿命。在较高速运动的活塞缸中，填充物越来越受到人们的重视，成为一个很大的技术难题。抽水泵压力通过吸入阀和吸入阀座时受到不同程度的损失，在通常情况下不可避免。由于最大限度可以利用的大气压力为平面） ,因此安装在泵体底部的吸水坑应该被除去，取而代之的是吸水泵，它安装在相对于泵体比较高的位置，以确保获得正的吸水压头。图种相对比较理想的安装方式，它受到最小的摩擦力和较小的惯性。错误的安装抽水泵的入口相当于增加 30 倍管道内部摩擦力。多余的吸入管道摩擦力是导致吸入口凝聚物突然增大的主要因素，使吸入管的直径明显减小，吸入管底部和许多装置顺着吸入管安装，目的是能够最大限度的降低吸入速度和减少泥浆质量。通常在实际生产中，采用直径较大且较短的管道。由于抽水泵的功用有时不能很好的满足人们的要求，就会采用上水泵作为辅助工具，这种方式已经广泛地被现代生产中所使用。泵内泥浆的冷却 150度的泥浆会给泥浆泵带来很大的破坏性，液压缸中的泥浆在较低压力或有真空存在下会沸腾，因而会大大降低泥浆泵的效率，当有油存在时，热的泥浆还会加速管道内部橡胶部件的损坏。在社会实际生产中，通常采用带有冷却表面的大泥浆桶来减少这种现象所带来的破坏。外文翻译油气和气体的分离当进行吸气冲程时，缸内压力降低，以气泡形式存在于泥浆中的油气和气体会发生膨胀，某种程度上降低了抽水泵的效率。基于泥浆底部的油气也会自然的加速橡胶部件的老化，通常分离油气较为困难，因而实际生产中人们常常靠改变泥浆的组成物来减少这种现象给泵所带来的破坏。沉淀物通常泥浆具有很好的润滑性，但也会被没有从泥浆中滤出去的细沙所破坏。采用适当的沉淀剂和振动器会减少这种麻烦，有时候也采用泥浆除沙器。泵的卸出只管一个设计较差的卸出只管会引起振动波动和过大的压力，这一部分安装应该尽可能的短和采用直接安装避免任何转弯。通常小的气室由泵内压力自行来填充，只受到一个中等的缓冲作用，为了达到最佳效果，应尽可能采用大的充气室。这部分泵排量的不足。从而起调节作用，克服排量不均匀现象。采用预先加压也可以减少波动和过大的压力泵的磨损泵易损件主要包括缸套、活塞 (或柱塞及其盘根 )、阀和阀座、活塞杆及其盘根等。都是往复运动件及其密封摩擦副的对磨零件，它们有两个共同特点：一是对磨零件是弹性体，它可以变形；二是在工作过程中承受着一定的压力差。因此它与两个刚性零件形成的摩擦副不同，其摩擦和磨损规律的研究更困难。泵易损件的磨损，一般又分为正常磨损和非正常磨损。易损件的结构、加工制造质量与装配公差；材料性能；摩擦副的润滑；泵所输送介质的排量，压力，温度，化学性质，介质中所含磨砺性颗粒的性质，形状，大小，多少；维修、保养、包装、运输及储存等工作性质的好坏等都是影响易损件寿命的主要因素。泵的操作活塞在干燥的液缸中冲击可能会损坏衬套，当泵不受重力，液缸长时间不动或活塞不停的往复运动都会导致活塞泵吸入阀的开启清洗进水岐管由于泥浆泵的管路常被凝固的沙子和抽水坑中的碎片，残骸所填充，这将导致不规则的低速振动。多检查和清洗抽水泵的进水岐管是有必要的。如果不能经常清洗，采用过滤器的办法也是可行的。不循环材料通常一些特殊的固体，如坚果壳，石灰石，膨胀的石灰岩等夹杂在泥浆中，严重的影响钻井的野外作业。大部分的无用填充材料都会影响泵中某些元件的使用寿命。当它们堆积在阀体和阀座之间时会特别的坚硬而难以去除。清洗出口过滤器出口过滤器厂被阀管和胶管堵塞，这将增加泵内的压力，而这并不显示在压力表上。过滤器应该经常清洗，防止压力堆积泵室泵室是专门为高压设备服务的，通常用较好的材料，采用特别加工方法制造而成。在钻探设备的气室中，所有金属零件都要采取保护，防止其锈蚀和损坏，橡胶零件要避免过度的扭曲，不能暴露在光、热、油中。一般而言，零件要用抗腐蚀的材料保护起来。粗制活塞会导致泵体内部的过早损坏，把它们随意地放在缸中都会损坏泵缸。偶然从泵缸内脱落的金属零件，应该及早除去换上新的零件。 .; . 2005 外文翻译毕业设计外文原文 .; . 2005 a a to to a to to or or to of a of to to in in be in is a of of in or is to of of (s) (3. a of of in in of of in If be to of is is a In on of is as is of in is to to of a is to as is . In in is by 文翻译 P in of is . he is of a be by a of in by a In is to by a of a is by of or of A is a by a of to in a or or is to To is as is to is by a is to by a an of is by of a 7. is of to be of at of A is a A or is a As a of is is a 外文翻译 is s ). is in of is to to a is in of 7. or A is a A is a ll a is of as it At to as a of or of of ). a or be in to or ). is a in a a an a in a a on in A is on in A is in is by a a A in a a a in a a a an of a a to of of to be on in a a an of a a to of of an to be by of in a a an to of an an 文翻译 of a a to of a an at to of to be in a an of an to of of to be by of in of a to of to of A a an a in a a a on in an of a a to of of a a on in an of a a to of of an a in a an to of an an of a a to of a an at to of a an of an to of of a of to of he or a a a be is of is is on of a a is is in a at of to a n to is be as or in or is a it of an 文翻译 a or An a or in of it In is A is to in as _ to of _ On a is to is in is in of a an of is is as of is he is an of a in it an of is it as to a ud 0% of in to A as , is a A as , is a as ). of a a outpu设计计划设计计划设计时间工作内容第 4周构思论文结构，参考其他文献、资料，完成论文大纲。第 5周完成对设计中零件、结构、尺寸、热处理方法的确定。第 6周完成结构中剩余各部件相关技术参数、尺寸的确定。第 7周完成草图和部分总装配。第 8周完成总装配和零件图。第 9周对以上工作进行查缺、补漏。第 10周完成对泥浆泵曲轴和液力端的仿真分析。第 11周编写设计说说明书前两章内容。第 12周完成设计说明书。第 13周对整个设计工作进行检查弥补漏洞，交稿。第 14周对老师提出的关于说明书，工程图中的问题进行修改。第 15周准备毕业设计答辩。开题报告毕业设计开题报告毕业设计内容：泥浆泵曲轴箱与液力端特性分析、设计 1、结构形式：卧式三缸单作用往复活塞泵。 2、技术参数：（ 1）曲轴箱变速： 2 级（ 2）泵量 (L/:18、 23、 28、 35、 43、 53、 72、 90。（ 3）泵压（ : 3、；（ 4）驱动功率：（ 5）缸径： 60 6）活塞行程： 65 7）活塞往复次数（ l/ 38、 47、 57、 70、 87、 106、 147、 181；（ 8）驱动方式：电动机离合器四级变速箱曲轴箱（刚性轴传动）。 3、分析设计内容 :（ 1）分析曲轴箱的转矩特性及转速特性；（ 2）分析计算泵液力端的特性参数 ; （ 3）在分析计算的基础上设计泵的曲轴箱与液力端 ; （ 4）应用现代分析软件对设计的曲轴箱、液力端进行仿真分析析、验证。此开题报告根据所设计的内容，提出设计技术方案、技术路线、存在的技术难点、关键技术问题的解决方案等内容。钻探用泵是钻探设备的组成部分之一。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。在某些特种工序中还用泥浆泵向孔内灌注水泥浆等物质。本人所设计的泥浆泵是卧式三缸单作用活塞泵，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。往复泵的工作原理图 1 1 为卧式单缸单作用活塞泵示意图。它由滤水器 l、吸入阀 2、泵缸 3(即工作腔室 )、活塞 4、活塞杆 5、十字头 6、连杆 7、曲柄轴 8、曲柄销 9、排出阀 10、排出管道 11 等主要零部件组成。通常以十字头为分界线，靠近泵缸一端称为泵的液力端，靠近动力输入一端称为泵的动力端。图 1 往复式泵工作原理示意图开题报告 1滤水器 3. 泵缸 7. 连杆 8. 曲柄轴 9. 曲柄动力机通过皮带、皮带轮、齿轮等传动件带动主轴旋轮，曲柄轴 8 以角速度。随主轴一起转动，同时曲柄轴一端相连的连杆 7 随着曲柄轴的转动带动连杆另端的十字头 6作往复运动，十字头通过与它相连的活塞杆 5 带动活塞 4 作往复运动，从而实现容腔 3 的容积有规律地变化。当活塞由泵缸的左端位置 (左死点 )向右方移动时，活塞左端泵缸容积不断变化。由于泵缸是密闭容腔，不与外界大气相通，所以左边缸室内压力降低，形成负压（低于大气压力 )，吸水池中的液体在液面大气压力的作用下，挤开吸入阀进入泵缸，挤开吸入阀进入泵缸，直到活塞移至最右边位置 (右死点 )为止。这一工作过程称为泵的吸入过程当活塞到达右死点后 (即曲柄转过作液停止吸入，吸入阀在自重和弹簧力作用下被关闭，活塞向左方 (向液力端 )移动，这时液力端一边泵缸的容积缩小工作液受挤压，缸内压力逐渐加大，挤开排出阀，液体排出，进入排出管道，这过程称为泵的排出过程。活塞在一次往复过程中，此单作用泵吸入和排出液体一次，活塞不断循环往复运动使液以体不断吸入和排出。设计方案 : 往复式泥浆泵，绝大多数是曲柄连杆传动的。它由动力端和液力端组成两大部分组成。动力端及其关键部件设计和解决方案 : 动力端的功能，是将动力机的回转运动转变为活塞 (或柱塞 )的直线往复运动。它包括传动离合装置、变速减速装置和曲柄连杆。它们的相互位置与安排决定着泵的总体结构型式，决定着泵的驱动方案及结构方案的选择。动力端的主要零部件包括皮带轮，离合器曲轴箱体及其中的传动轴，齿轮副，曲轴，连杆及十字头滑块。按离合器的安排形式，动力端的结构方案为：利用拨叉式皮带带动中间装置上的空转轮和工作轮实现离合。按曲轴箱传动结构方式不同，动力端的结构方案为：曲轴箱内采用具有剖分式的曲拐轴方案曲轴箱采用铸铁件。设计曲轴箱体时，使内部所有零部件安装、检修方便；有良好的润滑条件；加工时应保证驱动部分零件之间有精确配合，特别要保证缸心距的精度要求。曲轴采用曲拐轴形式。如图连杆大头与曲轴相连，小头与十字销相连，中间部分为连杆体。杆体截面采用工字形。杆体中间沿轴线方向设润滑油孔，把从曲柄油道来的润滑油通过连杆大头倒入小头衬套中，实现油压润滑。连杆大头做成剖分式，采用部分式滑动轴承。连杆小头用铸铁制造，显微组织应为均匀回火索氏体。正火处理后硬度应达到用圆筒式结构。液力端及其关键部件设计和解决方案：液力端油泵头体、缸套、活塞、活塞杆吸入阀和排出阀等组成，它的作用是通过活塞在缸套中作往复运动形成液缸容腔变化，完成能量转化，实现吸入和排出液体。液力端中泵头体的设计，采用具有剖分式泵头的结构方案。即每一泵缸具有自己单独的泵头，再用螺栓连接成整体。因为这种剖分的单泵头体，体积小、铸造容易、检修方便。根据阀门箱的不知结构不同，液力端采用直通式结构，这样吸入阀和排出阀处在同一轴线上，结构紧凑、余隙容积小、质量轻。泵的液缸体都采用灰铸铁铸造。且应注意： 1 吸入阀、排出阀之开题报告间液流通道要短而直，其内径应尽可能小些。为减小流道阻力损失，应加大拐弯处的圆角，内壁表面应当光滑。液缸内的形状应最不利于空气滞留。吸入、排出阀应尽量靠近缸体，以减少水利损失和余隙容积。吸入、排出口应便于同吸入、排出管道相连。活塞由活塞座、橡胶密封皮碗、压盖及螺帽等组成。橡胶密封部分制成碗型、，只在靠排出端一侧有唇型密封皮碗，皮碗紧靠在尼龙塑料支撑环上。为了避免皮碗与衬圈接触处产生撕裂或剥落，制成由聚酯与合成橡胶为材料的组合式活塞。如图活塞是往复泵一个重要而又易损坏的部件，设计时要注意以下几点 :1 活塞应设计为可调部件，当皮碗外唇部磨损后，通过调整压紧装置，使皮碗中间部分压紧，唇部被挤压少许，仍能压紧缸套 2 活塞与活塞感的缩紧装置要牢固可靠，运转时绝不允许出现松扣现象 3 皮碗损坏后应可以更换，其缸芯部分则可以继续使用 4 皮碗唇部形状应有利于自封。活塞杆的设计及其密封活塞杆是用来把十字滑块传来的作用力传递给活塞，它制成整体式结构。活塞杆由 40制成，它的密封放在单独的壳体内，有弹性的唇型密封圈组成，并永钢铁套筒和带两个双头螺栓得法兰压紧。缸套设计及密封缸套用 45 号钢制成，正火处理后的硬度为孔表面淬火硬度为火表层厚度为用聚酰胺挡圈和有自封性的唇形橡胶对缸套进行密封。采用钢球阀，原因是阀球和阀座直接靠近金属面密封，密封接触面小可以避免液体中的固体颗粒楔入密封面，它在启动中伴有旋转运动，球面磨损均匀，流道圆滑，液流阻力小，便于制造，互换性强、拆装方便，便于清洗。阀座又5制成，整体淬火，淬硬层厚度为 2面硬度上，钢球材由合金钢制成。整体设计：动力端的曲轴上装三根相同连杆，连杆与十字头用十字头销轴连接。十字头的另一端通过丝扣于活塞杆连接。活塞杆通过两层密封圈后进入缸套。曲轴箱内的传动轴上装一对双联齿轮，可分别与曲轴上的大小齿轮箱啮合，得两组不同的速度，从而扩大泵的变量范围。泵头体与缸套做成分离件，钢制缸套裸露于外，用八根长螺栓把缸套紧固于泵头与曲轴箱之间，在曲轴上有导正套是缸套定位。泵头端用定位台阶和尼龙垫片，以保证泵头缸套及曲轴箱三者之间在同一中心线上并使泵头接触处密封。泵头的阀门结构为直通式，泵头的进水，拍水通道为三缸所共有，分别安装在泵头的上面和下面。每个通道两端结构相同，可以在任一端接进水管和排水管接头，而另一端接注水杯已备急用。排水通道的另一端装安全阀等件。泵头内装六个尺寸相同的阀座，用 40制成，压装在泵头体上。阀座带四个导向爪，并装有钢球阀。缸盖带的短轴头限制吸入阀的升程，排出阀的升程有泵头体上的阀盖限制。采用橡胶件皮碗，与活塞座及压盖一起装在活塞赶上，橡胶活塞的直径稍大于缸套直径，产生密封。曲轴箱内采用飞溅润滑，油面采用量油尺测量，油箱底部安放油螺塞，曲轴箱盖为铝合金制造。开题报告关键技术难题：往复式泵的易损件及影响其寿命的主要因素钻井泵工作条件恶劣，是钻探设备中的一个薄弱环节。在实际生产活动中，因为泵出事故或损坏而停钻几乎每天可以遇到。研究易损件的破坏机理及其寿命的影响因素，从而提高易损件寿命和工作可靠性，对于减少人力、物力消耗、提高钻进效率、降低成本有十分重要的意义。这对钻探设备的设计来说也是一个关键问题，因而给我此次设计带来了一定困难，首先要知道易损件。往复式泵易损件主要包括缸套、活塞 (或柱塞及其盘根 )、阀和阀座、活塞杆及其盘根等。都是往复运动件及其密封摩擦副的对磨零件，它们有两个共同特点：一是对磨零件是弹性体，它可以变形；二是在工作过程中承受着一定的压力差。因此它与两个刚性零件形成的摩擦副不同，其摩擦和磨损规律的研究更困难。易损件的结构、加工制造质量与装配公差；材料性能；摩擦副的润滑；泵所输送介质的排量，压力，温度，化学性质，介质中所含磨砺性颗粒的性质，形状，大小，多少；维修，保养，包装，运输及储存等工作性质的好坏等都是影响易损件寿命的主要因素，因此设计时要特别注意。往复式泵通过曲柄连杆机构将原动机的等速回转运动变为活塞的往复直线运动，并通过活塞将原动机的能量传递给液体。往复式泵活塞运动速度不是定值，而是每一瞬时都在变化，这会使泵产生流量不均匀现象，对于三缸单作用泵，其曲柄互成 120 度夹角。曲柄回转一周，三个液缸各排出液体一次，故流量变化曲线图上有三条近似正弦曲线。泵的瞬时流量应是各条曲线在同一时刻的纵坐标数值之和，三缸单作用泵瞬时排量曲线往复式泵的流量不均匀度过大，给钻探工作带很多不良影响，如使冲洗液携带岩粉的能力降低，容易造成埋钻、糊钻等事故；会导致液流压力波动增大，从而引起孔壁坍塌或严重漏失；造成吸入系统内液流惯性增大，使吸入性能变坏，使液缸内出现强烈的冲击现象，还可能形成排出系统发生振动，降低泵及其附件的使用寿命；当给涡轮钻具、螺杆钻具等提供动力介质时，冲洗液流量的波动会使钻具运转不平稳，时快时慢，还使得原动机功率的无谓消耗增加等。设计泵体时要对流量产生的影响注意。技术路线：综合运用工程图学、理论力学、流体力学等知识分析计算要求的特性参数，采用现代工程分析设计软件设计的曲轴箱，液力端进行仿真分析验证。参考文献 1成大先。机械设计手册。北京：化学工业出版社， 2002 2杨惠民。钻探设备。北京：地质出版社， 1998 3冯德强。钻机设计。武汉：中国地质大学出版社， 1993 4赵贵祥。钻探液压技术。北京：煤炭工业出版社， 1985 5张连山。我国钻井泵技术发展方发展方向。石油机械， 1988， 16（ 2） :57 6沈学海。钻井往复泵原理与设计。北京：机械工业出版社， 1990 1 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 2 he is of to in as of as In is to to it at in to to A is of of a is a of is it is of in by of a an in of 专业文献阅读报告 1 专业文献阅读报告钻探工程广泛地应用于金属与非金属矿床，地质勘探，水文地质勘探与水井钻凿，工程地质勘查与施工，石油天然气和地质勘探与开发、矿山开采等各个方面。由于使用条件不同则需要采用不同类型的钻探设备。所谓钻探设备是指完成一个钻孔所必需的一切地面设备，动力装置及其他技术设备的总称。在一个钻探机组，一般包括钻机动力机和传动装置以及与之配套的钻塔，拧管机等几十年来，随着钻探方法和工艺的发展，钻探设备有了很大的进步。岩心钻机经历了机械手把式、机械厂动液压给进式和全压液动头式三个发展阶段；工程钻机、水文水井钻机也单一的机械冲击式钻机，发展为振动式钻机、螺旋钻机及机械或液压的 “ 冲击回转 ” ， “冲击振动回转” 的复合式钻机。在外观上、结构上、技术参数及性能方面都发生了重大变化，且已形成了比较完整的系列。与钻机配套的钻井泵，便量范围增大，变量方式增大多；由于往复式钻井泵向高速短行程发展，泵的自重和体积减小；由于广泛采用三缸但作用泵，泵的排量和压力更加稳定。近几年陆续研制了多种螺杆泵，结构简单、流量稳定、轻便可靠，已应用于实际钻探工作。钻塔用塔架由大断面四角塔，向小断面的 A 型塔以及各种类型的轻便塔桅发展，在结构上、运移性能上得到较大改善，自重减轻。在钻探设备的设计计算方面，由于零件逐渐标准化、通用化，设计周期缩短、互换性能改善、经济效益提高；由于计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计以及有限元分析等方面的应用，钻探设备设计计算方法已开始由传统的设计方法向现代化设计方法转变，在以最短的时间、最少的材料消耗、最低的成本设计研制出轻便可靠、安全高效的设备方面取得了明显的成效。钻探设备的组成 1 钻机是进行钻探工作的主要设备。它的功能一般包括两个方面：带动钻具向底层深部钻进；通过升降机起，下钻具。也就是说，钻机是完成钻进工序和起下钻工序的主要设备。 2，泥浆泵及泥浆制备，净化设备泥浆泵向孔内输送冲洗液以清洗孔底，冷却钻头和润滑钻具。在使用液动冲击钻具时，泥浆泵还能作为能源装置。泥浆搅拌机用于制备泥浆及其他类型的冲洗液。泥浆净化设备包括震动筛和泥浆旋流除沙器。 3钻塔用于升降钻具的构筑物。钻探设备发展状况凿井技术是我国古代的伟大发明之一。早在秦代就用钻井方法开采井盐。而近代岩芯钻探是由欧美传入的。有日本的利根钻机，美国的沙利文钻机和荷兰的班加钻等。就岩芯钻探设备而言，建国 50 多年来，大致可分为三个阶段第一阶段： 50 年代，引进和仿制手把钻机时代阶段第二阶段： 60 年代，自行设计和制造液压立轴及液压转盘钻机阶段。机是我国第一台自己设计制造的液压立轴式钻机。在此时期还设计制造了 0 柱塞式三缸单作用泥浆泵以及四脚金属钻塔。从而使我国的岩芯钻探设备进入了自行设计和制造的新阶段。专业文献阅读报告 2 第三阶段： 70 年代以后，设计制造高速金刚石钻机及其配套的泥浆泵，水文地质和水井钻机及其配套的泥浆泵，工程地质勘查钻机及工程施工钻机。这一阶段，钻探设备设计与制造事业蓬勃发展，并已经形成了具有我国特色的系列产品，完全能够满足国内现阶段钻探工作的需要。泵的分类泵是通过一定方式把机械能转变为液体能量的一类机械。由于能量转化方式的不同可以分为不同类型。靠密闭容腔容积变化进行能量转换的称为容积式泵 (又称静力式泵 )。这类泵根据容积变化的方式不同，又可分为两类，一类靠活塞 (或柱塞 )等的往复运动改变容腔容积大小的，称为往复式泵，如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵等；另一类靠旋转运动件改变容腔容积大小的，称为回转式泵，如螺杆泵、齿轮泵等。靠旋转叶轮进行能量转换的称为叶片式泵 (又称动力式泵 )，如离心泵、轴流泵等。靠其它方式进行能量转换的泵有电磁泵、水锤泵、喷射泵等。钻探用泵是钻探设备的组成部分之一。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。在某些特种工序中还用泥浆泵向孔内灌注水泥浆等物质。活塞每往复一次完成一次吸入和一次排出过程的泵称为单作用往复泵，活塞每往复一次完成两次吸入和两次排出过程的泵称为双作用往复泵。钻探工作对钻井泵性能的要求要能简便、迅速地在较大范围进行调节，最好能实现无级调节。以后，它不能随泵的排出压力的变化而发生变化。、易损件寿命长、便于维修保养。适应不利条件下的工作。性要好泥浆泵是卧式三缸单作用活塞泵，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。图 1 1 为卧式单缸单作用活塞泵示意图。它由滤水器 l、吸入阀 2、泵缸 3(即工作腔室 )、活塞 4、活塞杆 5、十字头 6、连杆 7、曲柄轴 8、曲柄销 9、排出阀 10、排出管道 11 等主要零部件组成。通常以十字头为分界线，靠近泵缸一端称为泵的液力端，靠近动力输入一端称为泵的动力端。专业文献阅读报告 3 图 1 往复式泵工作原理示意图 1滤水器 3. 泵缸 7. 连杆 8. 曲柄轴 9. 曲柄动力机通过皮带、皮带轮、齿轮等传动件带动主轴旋轮，曲柄轴 8 以角速度。随主轴一起转动，同时曲柄轴一端相连的连杆 7 随着曲柄轴的转动带动连杆另端的十字头 6作往复运动，十字头通过与它相连的活塞杆 5 带动活塞 4 作往复运动，从而实现容腔 3 的容积有规律地变化。当活塞由泵缸的左端位置 (左死点 )向右方移动时，活塞左端泵缸容积不断变化。由于泵缸是密闭容腔，不与外界大气相通，所以左边缸室内压力降低，形成负压（低于大气压力 )，吸水池中的液体在液面大气压力的作用下，挤开吸入阀进入泵缸，挤开吸入阀进入泵缸，直到活塞移至最右边位置 (右死点 )为止。这一工作过程称为泵的吸入过程当活塞到达右死点后 (即曲柄转过作液停止吸入，吸入阀在自重和弹簧力作用下被关闭，活塞向左方 (向液力端 )移动，这时液力端一边泵缸的容积缩小工作液受挤压，缸内压力逐渐加大，挤开排出阀，液体排出，进入排出管道，这过程称为泵的排出过程。活塞在一次往复过程中，此单作用泵吸入和排出液体一次，活塞不断循环往复运动使液以体不断吸入和排出。往复式泵的基本结构往复泵由动力段和液力端两大部分组成。动力端的功能，是将动力机的回转运动转变为活塞 (或柱塞 )的直线往复运动。它包括传动离合装置、变速减速装置和曲柄连杆。它们的相互位置与安排决定着泵的总体结构型式，决定着泵的驱动方案及结构方案的选择。动力端的主要零部件包括皮带轮，离合器曲轴箱体及其中的传动轴，齿轮副，曲轴，连杆及十字头滑块。液力端油泵头体、缸套、活塞、活塞杆吸入阀和排出阀等组成，它的作用是通过活塞在缸套中作往复运动形成液缸容腔变化，完成能量转化，实现吸入和排出液体。此泵曲轴箱由两极齿轮变速机构和曲柄连杆机构组成。曲轴箱的输入轴和输出轴通过牙钳联轴器对接传动。当曲轴箱的输入轴上的双联变速齿轮分别和曲轴上的对应齿轮相啮合，曲轴可得到快慢两级转速。加上变速箱的四级变速。曲轴上总共可获得 8 级转速，实现8 级变速。液力端属于直通式结构，便于制造，装配精度高。住复式钻井泵的流量及其变化规律 1 曲柄连杆机构及活塞的运动规律往复式泵通常都是通过曲柄连杆机构将原动机的等速回转运动变为活塞的往复直线运动，并通过活塞将原动机的能量传递给液体。由于曲柄连杆机构的运动特点，决定了活塞的运动是遵循着一定规律而变化的，这种规律又决定着液体在缸内的运动规律。因此研究流量的变化规律首先要研究活塞的位移、速度、加速度的变化规律。曲柄连杆机构与活塞的运动情况如图 1 2 所示。若曲柄回转中活塞中心线位于同一个水平面内，以塞在泵缸左端终点位置为坐标原点此时图中 A、 4 角均等于零。当曲柄顺时针转动时，则活塞自左向右运动，其运动距离为，专业文献阅读报告 4 图 1柄连杆机构与活塞运动情况示意图上式按牛顿二项式展开，可得：往复式泵活塞运动速度 u 不是定值，而是每一瞬时都在变化，而且是近似按正弦规律变化；从上式可知，活塞运动加速度 a 也是在变化的，它在往复运动过程中，近似按余弦规律变化。以单杠泵为例，它在排出液体过程中，活塞自某时刻 t 起，经过时间 t ，活塞移动距离为 x ，则在 t 时刻泵的瞬时排量为：式中 S 活塞冲程，为曲柄半径的 2 倍。对于三缸单作用泵，其曲柄互成 120 度夹角。曲柄回转一周，三个液缸各排出液体一次，故流量变化曲线图上有三条近似正弦曲线。泵的瞬时流量应是各条曲线在同一时刻的纵坐标数值之和，专业文献阅读报告 5 三缸单作用泵瞬时排量曲线活塞的运动规律决定了瞬时流量的变化规律。不同缸数的往复式泵，其瞬时流量的变化范围不同，产生流量不均匀。往复式泵的流量不均匀度过大，将给钻探工作带来以下不良影响： 1 使冲洗液携带岩粉的能力降低，容易造成埋钻、糊钻等事故； 2 会导致液流压力波动增大，从而引起孔壁坍塌或严重漏失； 3 造成吸入系统内液流惯性增大，使吸入性能变坏，使液缸内出现强烈的冲击现象，还可能形成排出系统发生振动，降低泵及其附件的使用寿命； 4 当给涡轮钻具、螺杆钻具

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