WJ030-01-3NB-1300钻井泥浆泵泵壳设计+PPT【原创设计】
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本科毕业设计 外文文献及译文 院 （部）： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 1 外文文献 : 2011) 16:86 89 011 . H. Y. K. . of a is he a a s 25 it an to A is of of a is a To of of we an of is a is to in In an we in up a at we in on on 2 of a we a no or on of a a 1). a of is or of is on on of As 2, is on on is by a DC a of a is an of of s of an to We in on 2 on he of is of in of a in a is a of a is of of a 5 5, 2011 S. *) 271. K. . o. . in at 67 29, 2011 87 of a of is of of be by be it up an 2a, of = 0.3 m = m, is is of of as 3. is m, if it is .1 is a is a is to a is by a I A a is By nd rd is 文文献及译文 3 in nd rd is a AN a of an to of a rd 3 to rd st to nd to on rd to a a of m. of is of a To of of by a 3-D by a 3-D 1. 2. 3rd of a b of is by C on 9 of of of 3. 3D fi of a on a a b 8 to s of by .2 m/.2 m/s m of 4, 5, . of of of to .2 m/s. a of .5 s to a 3D” by a 3D by on 5, we of in D () () ( ( ) ( We fi in of by m of of 文文献及译文 4 of an by on on of a 9 of in to be as of at ni is of of i. be in We of on in by 9 on is on on o it be on an be by of of a a to of on on a BS a of by a .2 m/s2 .2 m/s m of of 7, of (2b). in of of is a in on in in no of to a of n to rd a An by a DC a 24-V at a m/s. of m. 4. 5. 6. of 7. in a b c d 8. he is 8. In 文文献及译文 5 a m, 4 he of a on on an a rd a of on an on rd a a we to in a to . , et 2009) of 009, 1. , et 2006) of of to of of 006 . , et 2006) of on of 267 1268 4. , , , et 2006) of of 006 . , , , et 2005) on a of of 005 . , , , et 2008) of of 008, 60 163 8. , , , et 2010) of a of 010, 55 463 9. , , , et 2010) of a of 文文献及译文 6 中文译文 : 人工生命的机器人（ 2011） 16:8689011 . H. Y. K. . 个新的修剪机器人的实验研究进展 在 日本只有一个商业产品。 这台 机螺旋 地 爬上一棵树使用电锯 修剪树枝 。然而，机器的重量（ 25 公斤）和 缓 慢 的 速度阻碍它 成为解决森林危机的 最佳解决方案。一个轻量级的平台是必需的，因为在日本，大部分山脉有陡峭的山坡，一个修剪机器人运输是一项艰巨的任务。以提前修剪机器人的艺术状态，我们 提出 一 个创新的修剪机器人 对于外面大多数的树都能高效工作 。 它的 轮 系 机构的设计 是为了适应于 混合爬山，即，机器人能够开关之间的直线和螺旋 爬 升。该方法保证了 机器人的 轻量化和高爬的速度特征在早期的出版物，我们介绍了基本的设计概念和描述的原型实验机器人了。此外，混合爬山法已经证明，该修剪机器人可以 高速的 爬上 爬 下 大 树。在这里，我们报告我们开发机器人的进展，专注于直爬， 善于 不平坦的表面上的 工作 ，和修剪。 2 先进的 修剪机器人随着建设轻修剪的终极目标机器人，我们已经开发了一种新型的爬山法，采用无压或抓机制，而是依靠机器人本身的重量，像 日本传统的伐木工不会爬树的时候（图 1）。该用的一套杆和绳子，这是所谓的 不握不住或抓住树 干 ，而他的质量中心位于树。是的，该可以用自己的重量停留在树上。基于这一新的林业产业的设计概念和要求，修剪机器人 有了很大的发展 。如图 2 所示，该机器人配备了四主动轮。轮 1 和 2 位于上侧 ， 轮 3 和 4 位于下侧。每个轮由直流伺服电机、蜗轮驱动 。 摘要 本文介绍了一个伐木工的发展 像修剪机器人。攀登主要是模仿在日本的登方法。机器人的主要功能包括 对 外面的树 进行修剪工作 ，和一个创新的爬山策略融合 直线和螺旋式攀升 的方式 。这种新颖的设计带来了轻量化和高爬升速度特征的修剪机器人。我们报告我们在发展机器人进展，针对直爬，不平坦的表面上的 工作、 修剪。 关键词 修剪机器人 爬壁机器人 1 引言 日本木材工业已经进入下降的原因 ， 木材价格下降和林业工人老龄化迅速。这导致了森林的破 坏 ，导致在暴雨和山体滑坡的 破坏 山村 地区 。然而，在一个适当的配平状态修剪树 是 值得在上面投资的， 因为其 形成 一个美丽的表面形成年轮。 一个修剪机器人的发展 对 可持续森林管理的创新是很重要的。研究开发 的 修剪机器人 15已经很少见了 。 2011 年 2 月 25 日 机械工程系，丰田民族院校丰田 471知县，日本 电子邮件： 崎 . K. 人与信息系统工程系，岐阜大学，岐阜县，日本 限公司，日本 外文文献及译文 7 雪蛤 业有限公司，岐阜县，日本 这部分工作是在第十六届国际研讨会在人工生命与机器人 项目展现的 ，日本，一月 27日 29日 ， 2011 年。 87 电池 ， 质量中心位于一个错误 的边缘 ，由于摩擦系数不明确、质量中心的位置可能被干扰。 例如，机 器人会倾斜，当它爬上一个不均匀的表面。在图 2a，质心定位参数 H = 和W = ，其中 H 为上轮和下侧面之间的距离轮，和 W 的表面之间的距离躯干和质量中心，如图 3 所示。分析表明机器人当 D 为 ，即使它倾斜约 德。控制器使用一个 构成 ， 配备了无线局域网。该控制器能够通信数据 /命令与个人电脑通过无线局域网。每一轮由速度 制。通过一个高通滤波器的速度反馈输入附加。通过与第二个原型比较，第三原型重量轻，除控制器和电池。同时，控制器和电源分布在外部的第二个原型。第三原型也配备一个无 线局域网和电锯。虽然的电锯细节在这里省略了，实验表明一个分支使用第三切削原型。 3 实验 三实验进行评估的第三个原型。第一个实验是对其基本性能。第二个实验是评价其在不平坦的表面 的 性 能。 第三实验表明机器人是否可以修剪树枝。所有的实验使用替代树在室内进行。替代树直径的是 的摩擦系数 有效的替代树大约是 是小于这一自然的树。收集实验数据 包括 ，该电机电流，机器人的位置和方向，机器人的测定 ， 测量电机电流 。 使用分流电阻。测定位置 的 一个三维位置测量装置（ 数字）。用三维定位测量定位传感 器（ 外文文献及译文 8 图 1。爬树方法使用 图 2。第三修剪机器人原型。照片图像。 B 像 还原机制具有非回驾驶性能。每个车轮的转向角度也由直流驱动 ,伺服电机和蜗轮减速机构。 在分析的基础上， 79 质量中心位于外树与控制器的重量 。 图 3。对一棵树的修剪机器人三维图。侧视图 。 俯视图 本性能 直爬实验进行评估 ， 机器人的基本性能。这四个预期的速度轮子是由梯形的简介。加速度 / 速度为 /秒 ， 车轮半径 ， 。 实验结 果显示在图。 4， 5，和 6。图 4 显示了机器人的速度。各自的速度从旋转编码器的值计算出轮。机器人能爬在 /秒。虽然有一个约 于控制法启动延迟，这是一个问题。图 5 显示移动的距离。 它 的 实现 是由一个三维位置测量设备，和移动的距离每轮计算 从价值上的旋转编码器。在图 5 中，我们发现三种类型的错误：在距离误差的感动每一轮的三维位置测量之间装置（ 间的误差；轮 1（或 3）和 2（或轮 4）（ 轮 1 和轮3 之间的误差（误差之间的 2 和 4 轮轮）（ 我们考虑了两这些错误的可能原因。第一个是差异在每一轮的变形。移 动的距离按 的半径为每个车轮 的每一圈 。车轮是由聚氨酯 合成的 管 ， 它是作用在它变形的力。 它的 变形量的大小取决于力。从理论上分析， 79级在第三原型的力量往往是如下。的正常力近质心变得大于在对面的力。因此，填充扶手椅外文文献及译文 9 形 = 认为是，在法国是正常的力的大小第一轮（ （ 以这样解释。我们认为原因是滑移（ 干上的车轮。图 6 显示了电流在轮毂电机，这是由并联测量电阻。理论分析也表明，在下侧切向力大于上面。图 6 倾向于理论分析 ， 不平坦的表面上安全使用的机器人 正常工作 ，它 必须在不平的树是强大的树干。总是会有由增长引起的颠簸一个修剪枝的遗迹。因此，直爬坡实验进行评估颠簸在树干修剪机器人的性 能 。这个实验在一个替代的凹凸进行。采用 料，和大于天然凹凸。在四轮所需的速度是由一个梯形了简介。加速度为 / 速度为 /秒，每 半径的车轮。 实验结果如图 7 所示，其中显示角度 1 的轨迹和 2（参见图 2B）。 2 角旋转对所有病例加方向，指示这个控制箱上升。这意味着，大众走向树中心。质量中心也走向了树当 1 角方向旋转正方向。这意味着减少摩擦力使机器人在树上。然而，在 2 个 轮子的电流和 4 均大于在实验中连续电流。因此，有没有危险的机器人跌倒。此外，这些角度回到原来的方向，即使角度 1 和 2 发生了当一轮了凹凸。这些结果显示了良好 的 性 能。 剪试验 进行实验，发现无论是第三原型可以修剪树枝。一个附加的电锯是由一个 24V 蓄电池直流电机驱动。机器人爬上螺旋的速度在 /秒的直径的树该目标分为 。 图 7。在每一种情况下滚角和俯仰角。一轮 1 过去的凹凸， B 轮 2 通过凹凸， C 轮 3 通过凹凸， D 轮 4 通过凹凸图 8。机器人与修剪修剪试验 ， 实验的场景如图 8 所示。在这个实验中， 树枝被切 断，只留下一个短暂的残这是小于 ，与树干没有受伤。 4 结论 一个伐木工像修剪的发育进程 ， 机器人已经被描述，针对直爬，其在不平坦的表面行为，修剪树枝。的实验表明，直爬第三原型给了一个很好的基本性能。攀爬的结果在不平坦的路面上试验中表现出良好的鲁棒性颠簸，因为真正的树最凸起的小比实验碰撞。此外，修剪试验 还表明第三的原型可以修剪树枝从一棵树。在今后的工作中，我们希望在实际环境中的机器人测试，试着做一些进一步的改进。 外文文献及译文 10 工具书类 1。张军军， 等人 2009 年开发 行道树爬壁机器人 木本 。 2009 促进了 程序， 107 的发展。 2。 ， 等人 2006 年发展了 结构测量 抓树 力 修剪 树，攀爬修剪机器人 木本 （日本）。2006 年开展 程序 与 机器人与机电一体化 会议。 3。 ， 等人 2006 年开发 攀树和修剪机器人木本。执行器布置在臂端 为了 旋转运动（日本）。 促进了 268 4。 , , ， 等人 （ 2006）评 估了 树枝修剪机器人地图构建系统 的绩效 （日本 ） 。 在 2006 年 开展了 程序和机器人机电一体化 会议。 5。 , , ， et 2005） 研究用于机器人的 修剪系统： 发展了 机器人样机 单元 （日本）。 开展了 机器人 2005 日本机械学会与机电一体化 会议。 6。圣隶 工 业。 。 2011 年 5 月可以访问 7。 , , ， 等人 （ 2008）分析与实验新型爬山法。 开展了 2008， 60163 的 议 。 8。 , , ， 等人 （ 2010） 开发 一个用其自身的重量 的 修剪机器人。 促进 455010， 63 行业的发展 9。 , , ，等人（ 2010）开发的一个 利用 自身的重量 的 修剪机器人（日本）。 促进着 古屋 的发展。 1 题 目 3井泥浆泵泵壳设计 设计内容与技术要求 、 成 果形式 一、毕业设计内容： 1 根据题目和原始数据查看相关资料写综述和开题报告。 2 查看产品的技术要求，分析钻井泥浆泵泵壳设计的结构。 3 根据任务书中的内容设计钻井泥浆泵泵壳结构，并绘出钻井泥浆泵泵壳总装配图、零件图。其中 图 1 张，绘制钻井泥浆泵泵壳总装配图；其余根据零件尺寸设计图纸大小； 制 图 1 张，手工绘制 纸 3 张，总图纸折合 图 2 张。用相关三维软件进行三维建模， 完成相关动作要求。 4 撰写 2万字的毕业论文，并将题目、摘要和关键词翻译成英文。 5 翻译 1500 字以上汉字的英文资料。 6 毕业答辩。 二、技术要求： 1 泵型：卧式三缸单作用 2 输入功率： 956千瓦 3 齿轮传动比： I=128/35= 主动轴额定转速： 分 5 外形尺寸（长 *宽 *高）： 5050*655 6 总质量（包括皮带轮、予压空气包和喷淋系统）： 22300 、成果形式： 1 毕业论文一份。 2 图纸折合 张， 其中包括装配图 1张、零件图 3张。 设计进度 第 12 周：熟悉设计任务及要求，查阅并分析毕业设计有关资料制定设计方案，撰写开题报告； 第 34 周：毕业实习，绘制任务中规定的设计产品图，翻译外文资料； 第 56 周：细化设计方案，学习相关标准，根据产品结构和技术要求确定 钻井泥浆泵泵壳 的结构 ; 第 78 周：绘制 钻井泥浆泵泵壳 的结构总装图和相关零件图； 第 910 周：整理，总结设计结果，撰写毕业论文，并将题目，摘要和关键词翻译成英文； 第 1112 周：修改毕业论文，装订毕业设计论文； 2 第 13 周：讲答辩内容制作 加毕业答辩。 参考资料 1石油勘探开发规划院机械研究所 . 钻井泥浆泵的使用 . 北京：石油工业出版社 ， 1979 2 石油部科学技术情报研究所 泥浆泵的特性和使用 . 北京：石油工业出版社 ，1985 3 泥浆泵手册 油工业出版社， 1988 4沉学海 . 钻井往复泵原理与设计 . 北京： 机械工业出版社 ， 1990 5 刘清友 浆泵及工作原理 J. 天然气工业 ,2001:643壳 设计 院 论文答辩 目录 第一章 绪论 第二章 泥浆泵总体设计及主要零部件设计 第三章 钻井泥浆泵泵壳设计 第四章 泥浆泵的安装和维护 第一章 绪论 泥浆泵是石油钻机的三大部件之一，是钻井液循环系统的关键设备。钻井时钻井泥浆泵在高压下向井底输送高粘度、大密度和高含沙量的液体，以便冷却钻头，携带出岩屑，并作为井底动力钻具的动力液，辅助钻头钻进。在各种形式的泵中，往复式柱塞泵由于具有能在高压下输送高粘度、大比重、高含沙量和流量相对较小的液体的特性，因而在钻井作业中得到了广泛的应用。泥浆泵是在钻井过程中，将泥浆加压后携带出井底的岩屑和供给井底动力钻具的动力，向井底输送和循环钻井液的往复泵。 泥浆泵是石油钻机的三大部件之一，是钻井液循环系统提高其易损件（泵阀，活塞和缸套）的工作寿命，成为泥浆泵设计、制造和使用中迫切需要解决的问题。近几年，为了加快钻井速度，降低钻井成本，延长钻头使用寿命，国内外在泥浆泵的理论和试验研究、设计制造和选择使用等方面做了许多工作，对钻井泥浆泵进行了多次改型换代，各种新型钻井泥浆泵也不断研制成功。但其基本结构均未摆脱曲柄连杆机构的传统方式，在结构上没有根本变化，因而现有的钻井泥浆泵不能完全满足钻井作业的需要，因而必须寻求具有更好工作性能和合理结构的钻井泥浆泵以满足石油勘探开发使用的要求。 钻井行业的发展方向是提高实效、降低成本和采用能够降低成本的新工艺、新技术和新装备。运用高速、高压喷射钻井工艺是这一趋势的必然选择。高速由高可靠性的钻机来保证，高压喷射则由高可靠性的钻井泥浆泵来保证。钻井泥浆泵要适应钻井工艺技术，特别是高压喷射钻井、近平衡钻井、从式定向井、水平井等新工艺新技术的要求，其性能水平和使用寿命直接影响钻井速度和生产成本，同时作为野外重要设备，工作条件十分恶劣，工况也异常复杂，对钻井泥浆泵的可靠性和安全性提出越来越高的要求。 第二章 总体及主要零部件设计 课题要求： 1 泵型：卧式三缸单作用 2 输入功率： 956千瓦 3 齿轮传动比： I=128/35= 4 主动轴额定转速： 分 5 外形尺寸（长 *宽 *高）： 5050*655 6 总质量（包括皮带轮、予压空气包和喷淋系统）：22300. 主要工作机构 1 2 3 4 5 6 7 82. 工作原理 1滤水器 3. 泵缸 7. 连杆 8. 曲柄轴 9. 曲柄 3. 泥浆泵基本参数的确定：排量的计算、压力的计算、冲次和冲程长度计算、额定功率的计算、活塞杆推力计算、 4. 钻井泥浆泵的整体振动 5. 钻机的钻井泥浆泵配置 第三章 钻井泥浆泵泵壳设计 1. 钻井泥浆泵泵壳结构设计 2. 钻井泥浆泵轴承座部分结构 3. 泥浆泵轴承压盖部分结构 4. 钻井泥浆泵底座部分结构 5. 钻井泥浆泵透气盖部分结构 6. 钻井泥浆泵前板部分结构 7. 泵壳底座的设计计算 第四章 泥浆泵的安装和维护 1. 安装泥浆泵及其吸入系统时注意事项 2. 泥浆泵启动之前的注意事项 设计心得 本次毕业设计使我能综合运用机械原理、材料力学及其它所学专业课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和及解决问题的能力。通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等相关资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。因此，它在我们的四年大学生活中占有重要而又独特的的地位。 本 科 毕 业 设 计（论 文） 题 目 3井泥浆泵泵壳设计 专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 二 年 月 日 山东英才学院 毕业设计（论文）原创性声明 本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明 并表示了谢意 。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 摘 要 泥浆泵（ 是一种宽泛的 泵 的一个通俗概念，不同的地域，习惯，最终涉及的泵型不会一样，本 设计 所阐述的泥浆泵是多数意义上的的一种泵型：石油钻井领域的所应用的泥浆泵。 本文将对 3井泥浆泵进行详细的结构设计与分析，重点是对泥浆泵的泵壳进行设计与计算。通过本文我们首先了解 3井泥浆泵总体结构，确定泥浆泵的基本参数，然后进一步了解泵壳的各部分结构，最后是 钻井泥浆泵 的安装及日常维护。 泥浆泵分单作用及双作用两种型式单作用式泥浆泵在活塞往复运动的一个循环中仅完成一次吸排水动作。而双作用式泥浆泵每往复一次完成两次吸排水动作。若按泥浆泵的缸数分类有单缸双缸及三缸 3 种型式。污水泥浆泵是单级单吸立式离心泵 ,主要部件有蜗壳、叶轮、泵座、泵壳、支撑筒、电机座、电动机等组成。蜗壳、泵座、电机座、叶轮螺母是生铁铸造、耐腐蚀性较好 ,加工工艺方便。叶轮为三片单园弦弯叶 ,选用半封闭叶轮 ,并采用 可锻铸铁、所以强度高 ,耐腐蚀 ;加工方便 ,通过性好 ,效率高。为了减轻重量和减少车削量、泵轴是优质碳素钢冷拉园钢制造。泥浆泵座中装有四只骨架油封和轴套 ,防止轴磨损 ,延长轴的使用寿命。本泥浆泵可垂直或倾斜使用 ,占地面积小 ,蜗壳需埋在工作介质中工作 ,容易启动 ,不需引水 ,旋转方向应从电机尾部看是顺时针方向工作。总机长度备有各种规格 ,以便使用单位根据用途因地制宜地选用。 关键词 ： 泥浆泵；泵壳， 31300，钻井泥浆泵 is a a be as in is a is on In we of of of of in a in In of of of is is is a of so to to of is is in to of be or to to in to of is to of a of of to on 3目 录 第 1 章 前 言 . 1 题的背景及研究意义 . 1 浆泵概述 . 2 浆泵的国内外概况及发展趋势 . 2 文研究的内容 . 3 第 2 章 钻井泥浆泵总体设计及主要零部件设计 . 5 计参数 . 5 井泥浆泵的主要作用及工作机构 . 5 作原理 . 6 井泥浆泵基本参数的确定 . 7 井泥浆泵的整体振动 . 11 机的钻井泥浆泵配置 . 12 第 3 章 钻井泥浆泵泵壳设计 . 13 井泥浆泵泵壳结构设计 . 13 井泥浆泵轴承座部分结构 . 15 浆泵轴承压盖部分结构 . 16 井泥浆泵底座部分结构 . 16 井泥浆泵透气盖部分结构 . 16 井泥浆泵前板部分结构 . 17 壳底座的设计计算 . 18 第 4 章 泥浆泵的安装和维护 . 25 装泥浆泵及其吸入系统时注意事项 . 25 浆泵启动之前的注意事项 . 25 总 结 . 28 谢 辞 . 29 参考文献 . 30 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 前 言 题的背景及研究意义 泥浆泵是石油钻机的三大部件之一，是钻井液循环系统的关键设备。钻井时 钻井泥浆泵 在高压下向井底输送高粘度、大 密度和高含沙量的液体，以便冷却钻头，携带出岩屑，并作为井底动力钻具的动力液，辅助钻头钻进。在各种形式的泵中，往复式柱塞泵由于具有能在高压下输送高粘度、大比重、高含沙量和流量相对较小的液体的特性，因而在钻井作业中得到了广泛的应用。 泥浆泵是在钻井过程中，将泥浆加压后携带出井底的岩屑和供给井底动力钻具的动力，向井底输送和循环钻井液的往复泵。提高其易损件（泵阀，活塞和缸套）的工作寿命，成为泥浆泵设计、制造和使用中迫切需要解决的问题。近几年，为了加快钻井速度，降低钻井成本，延长钻头使用寿命，国内外在泥浆泵的理论和试验 研究、设计制造和选择使用等方面做了许多工作，对 钻井泥浆泵 进行了多次改型换代，各种新型钻井泥浆泵 也不断研制成功。但其基本结构均未摆脱曲柄连杆机构的传统方式，在结构上没有根本变化，因而现有的钻井泥浆泵不能完全满足钻井作业的需要，因而必须寻求具有更好工作性能和合理结构的 钻井泥浆泵 以满足石油勘探开发使用的要求。 钻井泥浆泵的使用大约已有 100 多年了。早期泥浆泵的功能仅在于循环泥浆、冷却井底、携带岩屑等。 1940 年代末，随着喷射式钻井和井下动力钻具钻井的出现，扩大了泥浆泵的功能与使用范围。近些年来，随着深井和超深井的 开采逐渐增多，对钻井泥浆泵的功率与压力提出了更高的要求。泥浆泵早期的典型结构是双缸双作用泵，这种泵传动效率低、流量和压力波动大、体积大、重量重，不能满足恶劣的钻井工况，尤其是海洋钻井的需要。所以 1960 年代，比较先进的三缸单作用泥浆泵得到了应用。三缸泵的优点在于体积小、重量轻、效率高、压力波动小。经过 40 年来的不断改进与完善，三缸单作用泵已经比较成熟，使用效果显著。现在，随着石油开采技术的不断革新和钻井要求的日益提高，又出现了一些新型的泥浆泵。 随着改革开放的深入及中国加入世贸组织，我国石油钻井队伍“充分利 用国内外两种资源、两个市场”，实施走出去的战略，进入国际钻井市场，为了满足参与国际市场的需要，中石油、中石化都在不断加大钻井设备的投入，同时加快老钻井机的更新改造和新型轻便钻井机研制步伐，加之国际市场对 钻井泥浆泵 的需求增大，使得 钻井泥浆泵 的供求矛盾更加突出，各类型 钻井泥浆泵 的缺口每年达 200台左右。 现如今国内外钻井泥浆泵主要存在 5方面的问题，即， 钻井泥浆泵 质量大，难以适应现代轻便钻机的要求，制约钻机的移运性；冲程短，冲次高。 钻井泥浆泵 在不适合的冲次范围内工作，致使液力端寿命短；泵压偏低，不能完全满足现代钻 井工艺的需要；结构不合理，部分强度冗余，部分刚度不足，可靠性低，难以满足钻井机高可靠性要求；缸套寿命短，难以满足钻机高效率要求。因此，合理降低泵的冲次，适当增加泵的冲程长度，既满足钻井过程中的排量要求，又能确保泵的自吸性能，充分发挥了泵的效能，成为今后 钻山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 2 井泥浆泵 的设计方向。 浆泵概述 泥浆泵是在钻井过程中，将泥浆加压后携带出井底的岩屑和供给井底动力钻具的动力，向井底输送和循环钻井液的往复泵。泥浆泵的主要作用是利用钻井冲洗液（统称泥浆）使井筒内外的循环，冲洗井底，冷却钻头，并把岩屑携带到地面。在采用 井下水力钻具（如涡轮钻具或螺杆钻具）时，利用冲洗液传递能量，推动井下水力钻具旋转。采用喷射式钻头，由钻头水眼喷射出高速冲洗液，有利于破碎岩层，提高钻井速度。为了实现高压喷射钻井，对钻井泥浆泵提出了更高的要求，使用好、保养好泥浆泵的各部分，延长各个易损件的工作寿命，保证泥浆泵优良的技术状况，也是很重要的。由于石油矿场上使用往复泵的条件十分恶劣，提高其易损件（泵阀，活塞和缸套）的工作寿命，成为泥浆泵设计、制造和使用中迫切需要解决的问题。近几年，为了加快钻井速度，降低钻井成本，延长钻头使用寿命，国内外在泥浆泵的理 论和试验研究、设计制造和选择使用等方面做了许多工作，对 钻井泥浆泵 进行了多次改型换代，各种新型 钻井泥浆泵 也不断研制成功。但其基本结构均未摆脱曲柄连杆机构的传统方式，在结构上没有根本变化，因而现有的钻井泥浆泵不能完全满足钻井作业的需要，因而必须寻求具有更好工作性能和合理结构的 钻井泥浆泵 以满足石油勘探开发使用的要求。 随着改革开放的深入及中国加入世贸组织，我国石油钻井队伍“充分利用国内外两种资源、两个市场”，实施走出去的战略，进入国际钻井市场，为了满足参与国际市场的需要，中石油、中石化都在不断加大钻井设备的投入， 同时加快老钻井机的更新改造和新型轻便钻井机研制步伐，随着国际市场对 钻井泥浆泵 的需求增大，使得 钻井泥浆泵 的供求矛盾更加突出，各类型 钻井泥浆泵 的缺口每年达 200 台左右。 现如今国内外钻井泥浆泵主要存在 5 方面的问题，即， 钻井泥浆泵 质量大，制约钻机的移运性，难以适应现代轻便钻机的要求；冲程短，冲次高， 钻井泥浆泵 在不合适的冲次范围内工作，致使液力端寿命短；泵压偏低，不能完全满足现代钻井工艺的需要；结构不合理，部分强度冗余，部分刚度不足，可靠性低，难以满足钻井机高可靠性要求；缸套寿命短，难以满足钻机高效率要求。因此，合 理降低泵的冲次，适当增加泵的冲程长度，既满足钻井过程中的排量要求，又能确保泵的自吸性能，充分发挥了泵的功效，成为今后 钻井泥浆泵 的设计方向。 浆泵的国内外概况及发展趋势 我国的泥浆泵是从 1960 年代开始，由引进美国技术发展起来的。当前，我国生产石油 钻井泥浆泵 的单位主要有宝鸡石油机械有限公司、兰州兰石国民油井石油工程公司 等单位，其生产的系列三缸泵己经能基本满足我国大部分油田钻井的需要，并有部分出口。宝鸡石油机械有限公司已有 40 多年设计和制造泥浆泵的历史，生产的 达到了美国 司的技术要求，其特点为 :无退刀槽人字齿轮传动；山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 3 合金钢曲轴；可更换的十字头导板；机架采用钢板焊接件；中间拉杆盘根采用双层密封结构，动力端采用强制润滑和飞溅润滑相结合的润滑方式。 F 系列三缸泵具有冲程长、冲次低的优点。为了满足油田高泵压和大排量钻井工艺的要求，宝鸡石油机械有限公司还自行设计和制造了 功率高压泥浆泵。兰州兰石国民油井石油工程公司是中美合资经营企业，生产的泥浆泵主要有 P 系列、 F 系列 和 3列。其中的 3列泥浆泵具有以下特点 : 动力端壳体为钢板焊接结构，焊后消除内应力；动力端传动齿轮为渐开线齿形；曲轴为空心的整体铸件；动力端润滑为飞溅润滑；液力端吸入、排出法兰符合 范；活塞杆与介杆间采用卡箍连接；阀腔孔的底部带有台阶，防止阀座下沉；活塞和缸套由一个独立的喷淋泵装置冷却和润滑。该公司生产的 3列三缸泵符合 范，功率从 5 1600泛用于各大油田。 目前，世界各国都在大量研究和使用三缸单作用泥浆泵，并且都是朝着大功率 、长冲程、大缸径、高泵压的技术方向发展。国外对 钻井泥浆泵 的研究早、技术精、产品系列齐全，尤其以美国的技术最为先进，俄罗斯和罗马尼亚次之。 随着钻井技术的发展 ,特别是高压喷射钻井、近平衡钻井、丛式定向井、水平井等新工艺、新技术的不断进步 ,对钻井泥浆泵的工作性能要求越来越高。目前， 钻井泥浆泵 正朝着大功率、大排量和高压力的方向发展。 文研究的内容 钻井行业的发展方向是提高实效、降低成本和采用能够降低成本的新工艺、新技术和新装备。运用高速、高压喷射钻井工艺是这一趋势的必然选择。高速由高可靠性的钻机来保证， 高压喷射则由高可靠性的 钻井泥浆泵 来保证。 钻井泥浆泵 要适应钻井工艺技术，特别是高压喷射钻井、近平衡钻井、从式定向井、水平井等新工艺新技术的要求，将进一步向大功率大排量和高泵压方向推进，其性能水平和使用寿命直接影响钻井速度和生产成本，同时作为野外重要设备，工作条件十分恶劣，工况也异常复杂，对 钻井泥浆泵 的可靠性和安全性提出越来越高的要求。决定 钻井泥浆泵 易损件寿命和工作效率的参数为泵冲次、冲程、排除压力和吸入压力。这些参数与有关寿命之间的关系是指数函数。实践表明，钻井泥浆泵 80%的故障是由于缸套活塞组的磨损引起的。 本文主要完成 3 泵壳的设计。设计原始参数为： 泵型：卧式三缸单作用 输入功率： 956 千瓦 齿轮传动比： I=128/35= 主动轴额定转速： 分 外形尺寸（长 *宽 *高）： 5050*655 总质量（包括皮带轮、予压空气包和喷淋系统）： 22300 通过与其他一些系列的 钻井泥浆泵 型号与参 数进行对比，可以得出 31300钻井泥山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 4 浆泵 冲程长度长，额定冲次低，最高工作压力大，外形尺寸大，并且质量重。通过对 钻井泥浆泵 工作原理及工作环境的了解，可以知道因 钻井泥浆泵 与泥浆接触，在工作过程中一直受着强烈的磨粒磨损，使其寿命低，原材料大量消耗，生产设备时严重浪费，维修费用大量增加，钻井效率大幅度降低，因此在对泵壳进行设计时要将这些因素考虑在内，泵壳的设计要利于 钻井泥浆泵 主要部件的拆卸，润滑以及维修，合理选用泵壳的材料，既要做到合理的经济性，同时也要满足一定的使用年限。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 5 第 2 章 钻井泥浆泵 总体设计及主要 零部件设计 计参数 1 泵型：卧式三缸单作用 2 输入功率： 956 千瓦 3 齿轮传动比： I=128/35= 主动轴额定转速： 分 5 外形尺寸（长 *宽 *高）： 5050*655 6 总质量（包括皮带轮、予压空气包和喷淋系统）： 22300井泥浆泵的主要作用及工作机构 钻井泥浆泵的主要作用是使钻井冲洗液（通称泥浆）造成井筒内外的循环，冲洗井底，冷却钻头，并把岩屑携带到地面。在采用井下水力钻具旋转。采用喷射式钻头，由钻头水眼喷射出高速冲洗液， 有利于破碎岩层，提高钻井速度。 图 2井泥浆泵 的主要工作机构 1 2 3 4 5 6 7 8钻井往复泵属容积式泵。它的主要工作机构（如图 往复运动的活塞（或柱塞）和自动开、闭的吸入、排出阀。处于活塞 出阀之间的空间称为液缸。活塞、泵阀、液缸以及包容它们的缸体（或阀箱），再加上液体的引入，排出管汇及空气包、安全阀等附件，便构成了往复泵的液力 端。 活塞杆被动力机驱动。如果动力机是旋转运动的内燃机或油压缸，则称为蒸汽（或油压）直接作用泵，泵缸的活塞杆和蒸汽机或油压缸的拉杆直接相连，中间无需曲柄轴连杆机构。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 6 作原理 对单作用泵来说其工作原理可简化下图说明： 图 2单缸单作用泵工作原理示意图。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。 图 2工作原理示意图 1滤水器 3. 泵缸 7. 连杆 8. 曲柄轴 9. 曲柄 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。 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。由泥浆泵的工作过程可以得出 :泥浆泵是一个往复泵，它之所以能够实现吸、排液体，是由于活塞在泵头体内作往复运动 而使吸入管产生真空，使排出管压力升高。由于泥浆泵是借助于工作腔容积变化进行吸、排液体的，所以泥浆泵也是一种容积式泵。 泥浆泵属于往复泵，往复泵的突出优点是 :高泵压，泵压不随流量 (排量 )变化，泵的效率高、并且不随流量变化，能输送高粘度、高含砂量及含磨砺性固体颗 粒的液体 016 届本科生毕业设计（论文） 7 它类型泵相比，往复泵的缺点是 :流量比较小，瞬时流量和泵压是脉动的，泵的体积大，易损件较多，维修工作量大。 尽管往复泵有上述不足，但是，这并不意味着往复泵有全部被其它类型泵所取代的趋势。今后往复泵发展的趋势是 :充分发挥往复泵配套性强，适应介质广泛的优势，充分发挥往复泵在流量较小而排出压力很高时整机效率高及运转性能好的优势，充分发挥往复泵的流量与排出压力无关的优势 使往复泵不断发展，不仅要充分发挥它的优势，而且还要不断地克服它的缺点。 泥浆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 泵壳 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。 井泥浆泵 基本参数的确定 查阅相关资料，可以知道泵压、排量、冲次、冲程长度和活塞杆推力是 钻井泥浆泵 最重要的参数。这五个参数再加上泵压和排量的乘积 功率，共六个参数是 钻井泥浆泵 的基本参数。 1. 排量 钻浆泵的排量取决于钻井工艺的要求，大多数情况下，主要是喷射钻井水力计 算的结果。而钻井工艺的最低要求是排量应满足最低反速值。最低反诉是指保证岩屑能被携出地面的最低的钻井叶子环形空间上返的速度。令上返速度为 则 : )(422 0 bh rt （ 2 式中 0Z 钻机中并联工作的 钻井泥浆泵 台数。一般，在完井井段 0Z =1，在开钻井阶段 0Z =1 2。 一台泵的实际排量。 井眼直径。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 8 钻杆外径。 在我国，完井井泵要求的最低返速为 s，开钻井段的最低返速为 s，钻井泥浆泵 的最大排量应满足开钻井段的要求，而对应于完井井段最低返速的要求。 2. 泵压 主要是选定一台 钻井泥浆泵 的最高排出压力，即这台泵的最高设计压力。它取决于以下因素 : (1) 钻井工艺的需要。日前钻井中一般使用的最高泵压为 200 105别情况下使用 250 105右的泵压。再高的一个钻井地面压力是 343 105前因钻杆接头密封，泵的易损件等还不配套，不能实行，但应作为泵具有的储备能力。 (2) 液力端密封的耐压极限。一般产品最高为 343 105右，从而按规定要求液力端的静水压试验压力是 2 343 105=686 105近个别产品有所突破，如美国国民(司新推出的 20004液力端耐压能力为 414 10水压试验压力为 2 414=828 105 3. 冲次和冲程长度 在选取泵的冲次时，主要考虑以下两点 :泵的吸入性能和易损件 (特别是活塞皮碗 )的合理寿命。在配有灌注泵，吸入性能有保证的情况下，则主要考虑易损件的寿命。为使活塞和缸套有合理的寿命，必须限制泵的活塞速度，为使阀和阀座有合理的寿命，必须限制泵的最大排量。但对于某一功率等级的三缸泵，不同制造厂的产品的最大缸套尺寸和阀腔尺寸变化范围不大，故根据美国近几年的实践经验，只要将三缸泵的活塞速度限制在180ft/15m/s，即可保证所有易损件的合理寿命。活塞速度的定义式 : 300 （ 2 据此，相应于几种常用冲程 n 如表 2 表 2冲程 S 203（ 8） 216(8) 229(9) 254(10) 305(12) 推荐的持续冲次 n 135 127 120 108 90 额定冲次 n 160 155 150 140 120 的额定冲次是指对应于泵输入额定功率时的冲次，用 n 表示。相对于过去的双缸泵，三缸泵的工作冲次有大幅度的提高，就往复运动机械的设计水平而论，应该肯定是革命性的进步。但在 70 年代初，美国各制造厂纷纷推出三缸泵时，一般将额定冲次定得偏高。山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 9 通过数年的实践。认为将泵的实际工作冲次控制在如表 2n 值为好，因此，目前三缸泵 的额定冲次 n 不再是实际常用的冲次 ;同时 各制造厂也不愿意将表 2的定为本厂产品的 n 。目前在美国。这两种冲次数的关系大致为 0n /(见 2第三、四行。对小功率的泵， 值高些。这意味着一般情况下三缸泵的实际输入功率仅为额定功率的 75% 在调低冲次的同时，应注意不能过分地加大冲程长度。双缸泵的冲程长度为 16了保持三缸泵休积小、重量轻的特点，三缸泵的冲程长度必须较双缸泵适当拉开距离。近年来，美国有两家后起的公司，如 (司、 司推出了 S=1416 1300 1700三缸泵，但由于它的体积重量过大，而不受欢迎。事实证明，这种倒退是错误的。 那么，表 2和 n 对应用于额定功率多大的泵上呢 ?在这方面，各制造厂的产品参数 有一定的离散 (见本章附录 )。目前较为一致的是 N=1180k W 这一档泵，美国的几家主要制造厂都采用 S=12305n =740一档泵，以采用S=102540n =140 N=960的 305有 254 4. 泵的额定功率 泵的性能参数的头两项为泵压和排量。泵压和排量的乘积为功率。由于功率数能综合地反映一台泵的能力大小，并能 告诉使用者应为它配置多大的动力，故它往往成为选择泵时考虑的首要参数。泵的额定功率值即起这一作用。现公认的三缸 钻井泥浆泵 额定功率 N= （ 2 式中 Q 在额定冲次时对应于某一尺寸缸套的理论排量； p 对应于同一尺寸缸套的最高泵压； 泵的输入功率 (2两式相除： （ 2 当泵满负荷工作，或接近满负荷工作时， 可取 016 届本科生毕业设计（论文） 10 的变化，一般 v =取平均值 v =由式 (2 N = (2得的三缸泵额定功率值和在相同的泵压，排量条件下泵要求的输入功率值是很接近的。因而， 钻井泥浆泵 的额定功率可定义为泵工作于额定冲次时的输入功率的名义值。由于计算泵输入功率的式（ 2含有效率数据，对矿场操作者使用不方便，于是将式（ 2广用于任意泵压和理论排量时的泵输入功率的计算，即认为， t (2在 规定了五个级别的三缸 钻井泥浆泵 ，它们的额定功率为370904060 1180们对应的 00， 800， 1000， 1300和1600）。目前后四种功率已为国内所有制造商所接受。 在 表 2 表 2型号 额定功率 （ （ 最高泵压 （ 510 ) 冲程长度 最大排量 370(500) 216(220) 196,216 90(800) 323(329) 216,235 40(1060) 333(339) 235,254 60(1300) 343(350) 254,306 180(1600) 343(350) 306 般将 N 590功率 钻井泥浆泵 。而 N 590井泥浆泵 。美国大多数制造厂生产的中、大功率 钻井泥浆泵 的额定功率系列是 800、 1000、 1300、 1600和 2000个别制造厂的产品略有偏移，其中油井公司的系列为 850 、 1100 、 1400，1700 5. 额定活塞杆推力 从活塞杆推力数值可以看出传动端所承受的基本载荷，所以，也将活塞杆推力列为泵的基本参数之一。活塞杆推力 F 的计算式，其最大值就是泵的额定活塞杆推力： F = (2泵的额定功率 : A （ 2 由以上两式可得额定活塞杆推力： 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 11 2 应注意这一计算式是基于活塞与缸套的摩擦力为 活塞上介质总压力 6的假设。 6. 基本参数的设计计算程序 (1) 确定泵的额定功率 泵的额定功率一般是根据所设计的泵用于何种钻深的钻机来决定的，泵的额定功率数应符合 表 2 (2) 选定冲程长度和额定冲次 (3) 计算额定活塞杆推力。 (4) 选定使用的最大、最小缸套，编制工况表 钻井泥浆泵 的工况表供用户了解该泵配用的缸套直径范围和泵在配用不同缸套和运转在不同冲次时所能达到的泵压和理论排量，以及所需的输入功率等。 井泥浆泵 的整体振动 钻井泥浆泵 在井场的安装情况是 ，整台机器明置于井场土壤之上，没有与机器联结的基础，也没有埋入土壤中。讨论 钻井泥浆泵 在土壤地基上的整体振动问题对提高泵本身及其配管、传动系统的工作稳定性和寿命有实际意义。 关于动力机器基础的设计理论和方法，目前有两种理论体系：“质量 阻尼”体系和“半空间理论”体系。两种体系的主要区别在于：前者把地基看成是没有质量的弹簧和仅有土壤粘滞阻尼的阻尼器，后者把地基看成是均质各向同性的弹性半无限体（即所谓“弹性半空间” ） ,机器（或带有基础的机器）在此弹性半无限体的表面振动。 经复杂的推导，最终得出弹性半空间理 论的运动方程与“质量 阻尼”理论的运动方程具有相同的形式： )( 式中 讨论转动运动时， m 应换成转动惯量 I 轴的位移，即水平位移。式中 对应于位移的阻尼系数。 对应于位移的刚度系数。 )(扰力，为时间的周期性函数，在讨论摆动运动时，此项应为扰力矩。 关于引起 钻井泥浆泵 振动的扰源，相关资料中已提及惯性力以及传动轴上的输入力矩和拉力。除此之外，液力端排出管中的压力波动也是一个扰源。为求得运动方程中的扰力及扰力矩，有两种方法：第一种方法是将泵壳和阀箱分离出来，作用其上的力有两根轴和三个十字头时泵壳的作用力，以及阀箱所受的活塞杆力的反力和排出管的压力波动，由于这些力中己包含了惯性力和输入轴上的扰力，故在三个方向对原点 为引起振动的合扰力和合扰力矩。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 12 第二种方法是将泵整体分离。处理惯性力时借助于往复式压缩机等设计中已成熟的结论：三个缸的往复运动惯性力和 偏心质量旋转惯性力在 X、 Y,Z 方向的合力都等于零，但它们对 x 轴和 y 轴的合力矩不为零，将引起泵的扭转和横摇，输入
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