第十章--钻探用泵概述pptaaa解读.ppt

第十章岩土工程用泵 10 1岩土工程用泵的类型与用途 泥浆泵离心泵沙石泵 螺杆泵 混凝土泵 3 一泥浆泵的技术参数和主参数 泵量泵量是指泵在单位时间内排出液体的量 一般用Q表示 单位 地质常用L min表示 泵压是指泵的排出口的液体的压力 一般用p表示 单位MPa 功率指泵的轴功率 即动力机输出的功率kw效率指泵的有效功与轴功率之比 泥浆泵一般将其最大工作泵量作为其主参数 即泥浆泵型号中所示的参数 如BW 150其最大泵量为150L min 4 二 国产泥浆泵特征代号的编制原则 原地矿部制定了国产 地质钻探机械产品名称型号编制规则 的标准中规定 泥浆泵的类别标志是B 泥浆泵第二位表示结构特点的字母是W 表示往复式 系列序号用最大工作泵量表示 5 BW 250泥浆泵 BW 300泥浆泵 BW1200 泵的种类很多 是一种把机械能转化成液体能的机械 应用范围非常广泛 泥浆泵是地质岩心钻探 水文水井 工程地质钻探的重要配套设备 钻探用泵按用途不同可分为供水泵 钻孔冲洗用泵 泵吸及泵举反循环钻进用泵 冲洗液净化设备中的砂泵等 按结构形式分为以下几种类型 往复式活塞泵 螺杆泵 叶片泵 离心泵 目前在勘查及基础施工中往复式活塞泵及离心泵应用最广泛 6 三钻探施工中泥浆泵的作用 在钻进过程中 将冲洗液 清水或泥浆 送入钻孔内 冲洗并带走孔内岩粉 冷却润滑钻头和钻具 保护孔壁等 以保证正常钻进 通过泵的排出压力指示器 了解孔内变化的情况 由泵送出具有能量的冲洗液又可作为涡轮钻具 螺杆钻具 水力冲击钻 液动锤等孔内动力机的动力介质 即通过冲洗液可将地面上的机械能传递给孔内动力机 用来为钻探机场其他用途供水 10 2钻孔工艺对泵的要求1 泥浆泵的流量应能在较大范围内方便而迅速的调节 以便适应不同钻进条件下对冲洗液量的要求 2 泥浆泵的流量应趋于稳定 流量的波动愈小愈好 3 泥浆泵排送的冲洗液必须有足够的压头 4 在一定工况下 泥浆泵的流量应不受压力变化的影响 5 泥浆泵中液力端的零部件的数量应尽可能少 耐磨性高 且维修方变 6 要求泥浆泵重量轻 体积小 解体性好 8 10 3往复泵的工作原理及其分类 一 往复泵的工作原理 1 曲柄 2 连杆 3 十字头 4 缸套 5 活塞 6 滤清器 7 吸入管 8 吸入阀 9 排除阀 10 排出管 9 单作用往复式泥浆泵工作原理 曲轴 连杆 十字头 缸套 活塞 进水阀 排水阀 10 双作用泵及柱塞泵工作原理 双作用泵液力端示意图 柱塞泵液力端示意图 11 二 往复泵的分类1 按作用次数划分 单作用泵和双作用泵2 按活塞的形式分 活塞式和柱塞式3 按缸的数目分 单缸 双缸和三缸4 按往复次数分 低速泵 80次 min 中速泵 80 250次 min 和高速泵 250 550次 min 5 按压力大小分 低压泵 4MPa 中压泵 4 32MPa 和高压泵 32 100MPa 12 一 理论平均流量往复泵在单位时间内排送的液体体积的理论平均值由泵的每个液压油缸在单位时间内完成的每个排出行程中扫过的体积总和决定 对于单作用泵 对于双作用泵 10 4往复泵的流量 Z 液缸数 F 缸套内腔截断面积 f 活塞杆截面面积 S 活塞行程 n 活塞每分钟往复次数 13 二 理论瞬时流量及流量不均匀度1 往复泵每个液缸无杆腔排送液体的理论瞬时流量为 2 往复泵每个液缸有杆腔排送液体的理论瞬时流量为 活塞的运动是有曲柄 连杆机构带动的 因此 活塞的运动速度可用下式近似计算 14 往复泵每个液缸无杆腔排送液体的理论瞬时流量又可为 或往复泵每个液缸有杆腔排送液体的理论瞬时流量又可为 或由上面的式子可以看出 理论瞬时流量的变化规律近似的按正弦规律变化 两者的区别仅在于有杆腔的活塞杆占据了一定的体积 因而理论瞬时流量稍小于无杆腔 多缸泵的理论瞬时流量使所有液缸在同一瞬时流量的叠加值 其合成曲线也按正弦规律变化 15 下图是不同液缸数的单作用往复泵的理论瞬时流量曲线图 单缸单作用 双缸单作用 三缸单作用 四缸单作用 16 为了表示各种往复泵流量的不均匀度 引入流量不均匀度系数 其取值经常用最大和最小理论瞬时流量的差值与理论平均流量之比表示 一般取值如下表 17 三 实际流量及流量调节往复泵单位时间排出液体的体积量称为实际流量 以Q表示 实际流量小于理论流量 其表达式为 实际流量减小的原因 1 吸入过程 当吸入管路中的压力较低时 将会从吸入液体中分离出溶解在液体中的气体 2 当吸入管路密封不严时 外界空气也会渗入泵缸内 使得吸入液缸内的液体量减少 3 排出过程开始时 由于泵阀滞后活塞的运动 这时吸入阀滞后关闭 使吸入到泵缸内的液体倒流 4 排除过程 随着泵缸内压力的升高 接受活塞能量的液体会经液力端各密封处泄露 减少液体的排除量 流量系数 18 由理论平均流量公式可知 往复泵调节流量的方法有 1 改变活塞的往复次数 2 改变缸套和活塞杆直径 3 改变活塞的往复行程 19 10 5往复泵的功率和效率 一 往复泵的功率 一 泵的有效功率 单位时间内通过泵输出的液体所获得的能量称为泵的有效功率用表示 泵的实际流量输送液体的重度或泵的排出压力 表压 泵的有效压头 二 泵的轴功率 单位时间内泵的输入轴上获得的机械能称为轴功率用表示 往复泵的总效率 三 泵的转化功率 单位时间内活塞对液体所做的功称为转化功率 用表示 转化压头 转化流量 20 二 往复泵的效率 一 泵的容积效率 二 泵的水力效率 三 泵的转化效率 四 泵的机械效率 五 泵的总效率 21 三 泵的驱动功率当时 1 2 1 5 当时 1 05 1 2 22 四 往复泵的特性理论上说往复泵的泵量不随泵压的变化而变化 而实际上往复泵的泵量随泵压的上升 由于泄漏量的增加而有所减小 Q 0 P Qtp Q 23 24 25 二典型泥浆泵的结构及工作原理 BW 250型泥浆泵是卧式三缸单作用活塞式往复泵 26 BW 250泥浆泵技术参数 27 BW 250结构特点 BW 250泥浆泵的结构有以下特点 传动箱具有四档变速机构 可在较大范围内条节泵量 结构紧凑 体积小 重量轻 分解性好 便于搬迁 采用三缸单作用型式 三个曲轴互成120 因而流量 压力波动较小 采用S型聚氨脂橡胶 尼龙MC活塞体 成本低 重量轻 惯性小 不生锈 耐磨损 间隙量便于调整 28 BW 250型泥浆泵的组成 BW 250型泥浆泵主要由动力端 液力端 机架 压力表 三通 安全阀 滤水器等部件组成 机座 压力表 动力端 液力端 29 BW 250泥浆泵传动系统 BW 250传动系统分两部分 动力部分 主要是将动力传给活塞 路线是 动力机 皮带轮 摩擦离合器 双联齿轮传动 大齿轮 曲轴 连杆 十字头 拉杆 活塞液力部分 传动路线是莲蓬头 滤水器 吸水管 吸水阀 缸套 排水阀 空气室 水门 高压胶管离合器置于三角皮带轮的轮辐上 通过横穿于曲轴箱主轴中空处的顶杆 由带有偏心机构的操纵手柄来控制 30 1 BW 250型泥浆泵动力端结构 该泵的动力端由离合器和曲轴箱组成 31 内齿圈 齿盘 带轴联轴器 压盘 皮带轮的轮辐作为离合器的主动盘 通过轴承空套在带轴联轴器上 它与压盘构成主动机构双面带有摩擦材料的摩擦片铆固于内齿圈上 齿盘与内齿圈啮合 并通过花键与带轴联轴器连接 摩擦片 内齿圈和齿盘的组件统称为被动机构 离合器为常压型 干式 单片摩擦离合器 压紧机构 推盘 杠杆 调整螺栓 离合器 32 带轴联轴器 压盘 压紧机构 支座 压盘的外圆部分设有12个螺孔 安装有12个螺栓和弹簧 在弹簧的张力作用下 使压盘 摩擦盘和皮带轮的轮辐压紧贴合 弹簧 螺栓 螺母 垫等构成压紧机构 33 内齿圈 齿盘 带轴联轴器 压盘 分离机构由短杆 套 轴承 推盘 杠杆 杠杆支座 同压盘连接在一起 等组成 调整机构由螺栓 螺母组成 3个调整螺栓及锁母使杠杆压在推盘上 推盘的端部装有球轴承 短顶杆插于其中 在压盘上焊有3个支承环 支承环上用销轴固定有3个杠杆 杠杆的一端支承在推盘的法兰上 另一端紧靠在螺栓的端头 压紧机构 推盘 杠杆 支座 调整螺栓 34 操纵机构由手柄22 凸轮组件23 长杆24组成 离合器的长顶杆从传动轴空心孔中通过 与短顶杆相连 另一端通过顶杆套紧靠偏心轮 防护罩用于防止泥浆进入离合器 35 压盘 压紧机构 当手柄向下板动 偏心轮薄的一端靠于推杆端部 这时 压盘上的杠杆处于松开状态 于是借12个弹簧的张力将压盘 摩擦片压紧于 皮带轮的轮辐上 胶带轮的动力靠摩擦力矩 通过摩擦盘带动齿盘 驱动联轴器 将动力输入动力端的变速机构 36 压盘 需要切断动力时 向上板动手柄 偏心轮也随之转动并以厚部分挤压顶杆 使顶杆外移 从而推动推盘外移 通过3个杠杆 克服弹簧力 带动压盘外移 使压盘 摩擦片与皮带轮轮辐之间出现间隙而脱开接触 皮带轮带着压盘空转 37 BW 250动力端 泵体 动力端主要由变速及操纵机构 曲柄连杆机构 箱体所组成 38 动力端工作原理 联轴器接离合器输入的动力 输入轴用滚动轴承支承于箱体的端部和中部 并用键同联轴器相联 39 动力端工作原理 输入轴上固定安装有两个齿轮 可分别与传动轴上的双联滑移齿轮相啮合 40 动力端工作原理 传动轴上另一双联齿轮可分别与输出轴上的两齿轮相啮和 通过两组双联齿轮滑移 不同齿数的齿轮相啮合 可为输出轴输出4挡不同的转速 41 动力端工作原理 通过输出轴上的小齿轮与曲轴上的大齿轮啮合 可为曲轴传动输出4挡速度 通过连杆和十字头可使活塞杆获得4种不同的速度移动 使液力端得到4种不同的排量 42 滑动齿轮的滑动通过操纵手柄及拨叉来控制 43 2 BW 250泵头 液力端 结构 液力端由3个卧式单作用液缸并装而成 它们共用吸水室和排水室 吸水室 排水室 吸水室 排水室 44 吸水室两侧腰形法兰 一端装进水管接头以此联接吸水软管和滤水器 另一端用端盖堵死 排水室两侧腰形法兰 一端装三通水门及软管接头 分别与钻机水龙头及回水管接通 另一端装安全阀和压力表 进水管接头及三通安装位置可以根据现场布置调换180度在泵的左侧右侧 吸水室 排水室 吸水室 排水室 BW 250泵头 液力端 45 BW 250安全阀的作用 安全阀为自动复位的弹簧式 在钻孔倒塌或发生卡钻事故时排水突然堵塞 或开动泥浆泵时没有将三通回水管打开等情况下 压力突然增加 此时安全阀能自动释放压力 起到保护软管 水龙头和泥浆泵本身因超压而引起的损坏 安全阀 46 BW 250安全阀工作原理 当排水管中压力超过安全阀校准压力时 阀自动打开 泥浆在压力作用下涌出溢流孔 通过阀体上的软管接头及软管流回泥浆池 直到排水管中压力低于安全阀校准压力为止 排水管中压力降至校准压力以下时 阀在弹簧力作用下自动将溢流孔堵住 泥浆停止外溢 47 BW 250三通 卸荷阀 结构及作用 三通用来调整向钻孔内供给冲洗液的流量 使多余的冲洗液不通过钻孔而返回泥浆池内 由于采用三通变量将严重影响泵的工作特性 如流量不稳定 随孔底阻力大小而变化 和压力达不到额定值等 所以工作时要尽量避免采用三通变量 一般只有采用钢粒钻进时 才使用三通水门作流量微调用 钢粒钻进对流量的大小非常敏感 三通也用于卸荷 当泵轻载启动及停泵时排出管路液体卸压 48 安全阀 三通 卸荷阀 1 安全罩 2 阀盖 3 弹簧座 4 外壳 5 阀体 6 弹簧 7 密封圈 回水 排水 进水 1 手柄 2 上壳体 3 回水管接头 4 下壳体 5 排出管接头 6 锥阀体7 锥阀体 8 密封圈 9 螺杆 49 泥浆泵莲蓬头 底阀与滤清器组装在一起 常称为莲蓬头 其作用是 底阀也称为逆止阀 是一种低压平板阀 其作用是保证液体在吸入管道中单向流动 使泵正常工作 当泵短时间歇停止工作时 使液体不能返回水源箱 保证吸水管内充满液体 以利于泵的启动 滤清器是一多孔过滤罩 装在底阀下部 可阻挡大的杂物吸入泵内或阻塞吸入管道 为保证泵的正常吸入 要求底阀开闭动作自如 关闭严密 不泄漏 滤水罩吸水良好 进水面积大 一般应比吸水管过流面积大 50 3 其它泥浆泵配件 1 压力表目前国内常用的泥浆泵压力表多为弯管式普通压力表 如图 主要由表壳 弧形弯管 指针 刻度盘 传动机构 接头 等组成 工作原理是 当扁平弧形弯管中液体压力增高时 弧形弯管自由端伸张 牵动杠杆使扇形齿轮带动有指针的齿轮转动 随之指针产生摆动 指示泵压变化 51 2 减振装置 浮塞式减震装置图所示的为浮塞式减震装置 主要由接头 减摆针 密封圈 浮塞 等组成 当空气室压力增高时 浮塞压缩密封圈上部的油液通过减摆针的震动来减弱弯管内油液压力的波动 皮囊式减震装置该装置接在压力表下部 胶皮囊内充满油液 工作原理与浮塞式相同 只是用皮囊代替浮塞的作用 1 52 柱塞式减震装置该装置由减震器接头 和柱塞 组成 接头上部装压力表 下端接到弯管上 利用柱塞上螺旋槽所产生的切向分力减缓脉冲震动作用 隔膜 阻尼式减震装置该装置如图所示 隔膜 可以防止泥浆 砂粒 泥团等窜入上腔 保护压力表 同时又能将排出管路的液流阻力变化传递上去 通过压力表显示出来 活塞 插入减震螺塞 的 孔中 以两者之间的微小环状间隙 约 通流 增大上腔油液管道阻力 达到阻尼减震 保护压力表的作用 53 3空气室 厚壁圆筒式空气室多采用铸造 也有用圆管焊接而成的 此种空气室结构简单 但空气室里的空气在工作过程中会被冲洗液带走 使用一段时间后要进行充气 空气室气室最常见的是隔膜式的 如图所示 球形壳体 内有橡皮气囊隔离室 气囊通过充气阀充气 压力表 指示气囊中的气压 壳体下部与泵的排出管路相连接 工作时 随着泵排出压力的变化 气囊上下浮动 起到稳定管路中流量的作用 这种空气室的皮囊变形容易产生疲劳破坏 对所用材料和制造工艺要求高 预压空气室1 壳体 2 稳定片 3 气囊 4 顶盖 5 压力表 6 充气阀 压力表和缓冲装置1 压力表 2 上接头 3 减摆针 4 垫圈 5 下接头 6 机油 7 减摆浮塞 8 浮塞体9 接头 10 空气室 54 55 空气室的工作原理 空气室是一种能受一定压力的盛有空气的容器 空气室通常安装在靠近泵的进出口管路上 装在靠近泵进口的称为吸入空气室 装在靠近泵的出口管路上的称为排出空气室 空气室的工作原理就是利用气体的可压缩性 利用压力的变化来储存和释放泵排出或吸入的液体以减少管路中流量和压力的波动 起到稳流的作用 空气室工作原理图 装有空气室的往复泵吸排系统1 排出空气室 2 吸入空气室 56 10 7往复泵的易损件 一 活塞和缸套 球形活塞和缸套碗型活塞和缸套碟形活塞和缸套 1 活塞杆 2 缸套 3 活塞座 4 橡胶密封圈 5 压盖 6 紧定螺母 7 支撑环图为几种单作用活塞和缸套组合结构图 活塞多为组合式结构 橡胶密封圈为单面