WJ030-04-3NB-1300钻井泥浆泵液力端系统设计+PPT【原创设计】
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本 科 毕 业 设 计（论 文） 题 目 3井泥浆泵液力端系统设计 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 泥浆泵属于液压泵种类中的一种，兼有液压泵的特点， 液压泵作为液压系统的动力装置，越来越受到人们的关注，因为它的性能的好坏直接影响整个液压系统的工作可靠性。被广泛应用于冶金、矿山、锻压、注塑、船舶、重型等机械设备中。但在实际生产中还不能解决很好地流量脉动、刚性和柔性冲击等问题。平衡式径向柱塞泵的设计可以很好地解决流量脉动、刚性和柔性冲击等问题。通过设计使此泵在结构功能上能够适应现代化生产高要求的专用泥浆泵。 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，本词条所阐述的泥浆泵是多数意义上的的一种泵型。事实上， 污水泵 ，渣浆泵 等一些非清水泵和泥浆泵在叫法上也有通用的时候。 本设计是根据给定设计参数完成专用泥浆泵泵结构设计， 本文在 液力端系统 总体结构和工作原理的基础上 ,对 3井泥浆泵液力端系统 进行详细的结构设计与分析，重点对 冲程、冲次及液力端易损件 进行设计与计算。 关键词： 泥浆泵 ，专用泥浆泵，结构设计 he as of of of in in is of of of in to a as a of in is on to a of To of 目 录 第 1 章 绪论 . 1 压泵工作原理 . 1 浆泵简介 . 3 作原理 . 5 浆泵的性能 . 6 浆泵的分类 . 6 第 2 章 泥浆泵结构与工作原理 . 7 构 . 7 作原理 . 7 复式泥浆泵的运动规律 . 8 浆泵的流量不均度 . 10 计参数 . 10 井泥浆泵的主要作用及工作机构 . 11 第 3 章 钻井泥浆泵液力端总体设计 . 12 力端的总体方案结构设计 . 12 盖结构 . 12 尔体结构 . 13 杆结构 . 13 塞结构 . 15 套结构 . 15 箱结构 . 16 井泥浆泵的主要作用及工作机构 . 17 第 4 章 液力端易损件设计分析 . 19 阀设计分析 . 19 塞设计分析 . 21 套设计分析 . 23 第 5 章 泥浆泵的易损件及影响其寿命的主要因素 . 25 损件的磨损 . 25 损件的正常磨损 . 25 损件的非正常损坏 . 26 浆泵的使用与维护 . 26 浆泵在开启前的维护与保养 . 26 浆泵在运转过程中的使用与维护 . 27 第 6 章 泥浆泵的保养与维护 . 28 浆泵的保养 . 28 浆泵防止过载的方法 . 28 见故障及消除方法 . 29 总 结 . 30 谢 辞 . 31 参考文献 . 32 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 压泵工作原理 泥浆泵属于液压泵种类中的一种，兼有液压泵的特点， 液压泵是为液压传动提供加压液体的一种液压元件，是泵的一种。它的功能是把动力机 (如电动机和内燃机等 )的机械能转换成液体的压力能。输出流量可以根据需要来调节的称为变 量泵，流量不能调节的称为定量泵。液压系统中常用的泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三种，液压泵正常工作必备的条件是： 应具有密封容积。密封容积的大小能交替变化。应有配流装置。配流装置的作用是保证密封容积在吸油过程中与油箱相通，同时关闭供油通路；压油时与供油管路相通而与油箱切断。 1、齿轮泵 :体积较小，结构较简单，对油的清洁度要求不严，价格较便宜；但泵轴受不平衡力，磨损严重，泄漏较大。 外啮合齿轮泵 : 当齿轮旋转时，在 A 腔，由于轮齿脱开使容积逐渐增大，形成真空从油箱吸油，随着齿轮的旋转充满在齿槽内的油被带到 B 腔，在 B 腔，由于轮齿啮合，容积逐渐减小，把液压油排出 ,利用齿和泵壳形成的封闭容积的变化，完成泵的功能，不需要配流装置，不能变量结构最简单、价格低、径向载荷大 . 内啮合齿轮泵 : 当传动轴带动外齿轮旋转时，与此相啮合的内齿轮也随着旋转。吸油腔由于轮齿脱开而吸油，经隔板后，油液进入压油腔，压油腔由于轮齿啮合而排油 典型的内啮合齿轮泵主要有内齿轮、外齿轮及隔板等组成利用齿和齿圈形成的容积变化，完成泵的功能。在轴对称位置上布置有吸、排油口。不能变量尺寸比外啮合式略小，价格比外啮合式略高，径向载荷大 2、叶片泵 分为双作用叶片 泵和单作用叶片泵。这种泵流量均匀，运转平稳，噪音小，工作压力和容积效率比齿轮泵高，结构比齿轮泵复杂。 转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油后再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油和两次排油 利用插入转子槽内的叶片间容积变化，完成泵的作用。在轴对称位置上布置有两组吸油口和排油口径向载荷小，噪声较低流量脉动小 . 3、柱塞泵 容积效率高，泄漏小，可在高压下工作，大多用於大功率液压系统；但结构复杂，材料和加工精度要求高 ，价格贵，对油的清洁度要求高。一般在齿轮泵和叶片泵不能满足要山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 2 求时才用柱塞泵。还有一些其他形式的液压泵，如螺杆泵等，但应用不如上述 3 种普遍。 柱塞泵由缸体与柱塞构成，柱塞在缸体内作往复运动，在工作容积增大时吸油，工作容积减小时排油。采用端面配油 径向载荷由缸体外周的大轴承所平衡，以限制缸体的倾斜利用配流盘配流传动轴只传递转矩、轴径较小。由于存在缸体的倾斜力矩，制造精度要求较高，否则易损坏配流盘 . 4、螺杆泵 一根主动螺杆与两根从动螺杆相互啮合，三根螺杆的啮合线把螺旋槽分割成若干个密封容积。当螺杆旋转时，这个密 封容积沿轴向移动而实现吸油和排油 利用螺杆槽内容积的移动，产生泵的作用不能变量无流量脉动径向载荷较双螺杆式小、尺寸大，质量大 . 容积式液压泵的种类很多，按其结构形式的不同，可分为柱塞式 叶片式 齿轮式和螺杆式等类型；按泵的排量能否改变，可分为定量泵和变量泵；按泵的输出油液方向能否改变，可分为单向泵和双向泵。 输出流量可以根据需要来调节的称为变量泵，流量不能调节的称为定量泵。液压系统中常用的泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵 3 种。齿轮泵：体积较小，结构较简单，对油的清洁度要求不严，价格较便宜；但泵轴受不平衡力，磨损 严重，泄漏较大。叶片泵：分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。这种泵流量均匀，运转平稳，噪音小，工作压力和容积效率比齿轮泵高，结构比齿轮泵复杂。柱塞泵：容积效率高，泄漏小，可在高压下工作，大多用於大功率液压系统；但结构复杂，材料和加工精度要求高，价格贵，对油的清洁度要求高。一般在齿轮泵和叶片泵不能满足要求时才用柱塞泵。还有一些其他形式的液压泵，如螺杆泵等，但应用不如上述 3 种普遍。 液压泵的工作原理及分类 1 液压泵的工作原理 图 1示为液压泵的工作原理图，柱塞 2 在弹簧 4 的作用下紧压在偏心轮 1 上，当电动机带动偏心轮转动时，柱塞 2 与泵体 3 形成的密封腔 V 的容积交替变化。柱塞向右运动时，密封腔 V 的容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气的作用下，经单向阀 6进入密封腔 V 而实现吸油；反之，当 V 由大变小时，油液受挤压，经单向阀 5 压入系统，实现压油。电动机带动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油。液压泵是通过密封腔的变化来实现吸油和压油的，其排油量的大小取决于密封腔的变化量，因而又称容积泵。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 3 图 1压泵的工作原理图 要点：液压泵正常工作必备的条件是：（ 1）具有密封容积；（ 2）密封容积能交替变化；（ 3）应有配油装置；（ 4）吸油时油箱表面与大气相通。 理解液压泵的工作原理并不难，如医用注射器工作相似，注射器吸入液体，就是泵吸油，注射器向外推，就是泵的压油过程。 2液压泵的类型和图形符 号 液压泵和按输出流量是否可调节分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可分为齿轮式、叶片式、柱塞式三大类。 图 1压泵的类型和图形符号 浆泵简介 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山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 4 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 50210 10 双缸泵的实际持续工作泵压只能达到 5150 10 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。 在使用旋转钻井法钻石油、天然气井的作业中，钻井往复泵用于泵送钻井液 泥浆，使其循环流动进行冲井。所以钻井泵通常被称为泥浆泵。按其工作重要性，又被比拟为“钻机的心脏”。 泥浆循环是旋转钻井过程中的关键作业，主要有以下作用 : 1、清除井底的岩屑并将其经由环形空间携至地面； 2、在 井壁上造泥饼，防止井壁坍塌； 3、平衡或控制已钻开的井段中的油、气、水层压力，防止井喷； 4、处理井下复杂情况。如遇裂缝地层时泵入堵漏材料，遇卡钻时泵入原 油、柴油解卡等。 5、冷却钻头，润滑旋转的钻柱。 钻探工作对泥浆泵的要求主要有以下几点： 速地在较大范围进行调节，最好能实现无级调节； 不能随泵的排出压力的变化而 发生变化； 损件寿命长、便于维修保养； 的工作； 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 5 泥浆泵，是指在钻探过程中向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探设备的重要组成部分。 图 1浆泵 工作循环图 在常用的正循环钻探中它是 将地表冲洗介质 清水泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下，经过高压软管 水龙头 及 钻杆 柱中心孔直送钻头的底端，以达到冷却钻头、将切削下来的岩屑清除并输送到地表的目的。 常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的，由动力机带动泵的曲轴回转，曲轴通过十字头再带动 活塞或柱塞在泵缸中做往复运动。在吸入和排出阀的交替作用下，实现压送与循环冲洗液的目的。 作原理 泥浆泵是在钻探过程中，向钻孔输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探机械设备的重要组成部分。它的主要作用是在钻进过程中将泥浆随钻头钻进注入井下，起着冷却钻头，清洗钻具、固着井壁、驱动钻进，并将打钻后岩屑带回地面的作用。在常用的正循环钻探中泥浆泵是将地表冲洗介质清水泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下经过高压软管水龙头及钻杆柱中心孔直送钻头的底端以达到冷却钻头将切削下来的岩屑清除并输送到地表的 目的。常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的由动力机带动泵的曲轴回转曲轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往復运动。在吸入和排出阀的交替作用下实现压送与循环冲洗液的目的。 泥浆泵性能的两个主要参数为排量和压力。排量以每分钟排出若干升计算它与钻孔直径及所要求的冲洗液自孔底上返速度有关即孔径越大所需排量越大。要求冲洗液的上返速度能够把钻头切削下来的岩屑岩粉及时冲离孔底并可靠地携带到地表。地质岩心钻探时一般上返速度在 1 米 /分左右。泵的压力大小取决于钻孔的深浅冲洗液所经过的通道的阻力以及 所输送冲洗液的性质等。钻孔越深管路阻力越大需要的压力越高。随着钻孔直径深度的变化要求泵的排量也能随时加以调节。在泵的机构中设山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 6 有变速箱或以液压马达调节其速度以达到改变排量的目的。为了準确掌握泵的压力和排量的变化泥浆泵上要安装流量计和压力表随时使钻探人员瞭解泵的运转情况同时通过压力变化判别孔内状况是否正常以预防发生孔内事故。 浆泵的性能 泥浆泵性能的两个主要参数为排量和压力。排量以每分钟排出若干升计算它与钻孔直径及所要求的冲洗液自孔底上返速度有关即孔径越大所需排量越大。要求冲洗液 的上返速度能够把钻头切削下来的岩屑岩粉及时冲离孔底并可靠地携带到地表。地质岩心钻探时一般上返速度在 1 米 /分左右。泵的压力大小取决于钻孔的深浅冲洗液所经过的通道的阻力以及所输送冲洗液的性质等。钻孔越深管路阻力越大需要的压力越高。随着钻孔直径深度的变化要求泵的排量也能随时加以调节。在泵的机构中设有变速箱或以液压马达调节其速度以达到改变排量的目的。为了准确掌握泵的压力和排量的变化泥浆泵上要安装流量计和压力表随时使钻探人员了解泵的运转情况同时通过压力变化判别孔内状况是否正常以预防发生 孔内事故。 浆泵的分类 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。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 7 第 2 章 泥浆泵结构与工作原理 构 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 。 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。由于山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 8 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 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。 复式泥浆泵的运动规律 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 2 2 所示。 图 2柄连杆机构与活塞运动情况示意图 若曲柄回转中活塞中心线位于同一个水平面内，以活塞在泵缸左端终点位置为坐标原山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 9 点。此时图中角 ， 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： ( 1 c o s ) ( 1 c o s )x r L （ 2 1） 式中： L 连杆长度， m； R 曲轴半径， m； 曲柄的转角； 连杆的摆角。 当活塞自由向左运动时，计算式相同，但右边两项之间取“ ”号，将 值换为的三角函数表示则应为 s in s （ 2 2） （ 2 3） 2 2 2c o s 1 s i n 1 s i n (2 4) 上式按牛顿二项式展开 ，可得： 2 2 4 4 6 61 1 1c o s 1 s i n s i n s i n . . . . . 1 6 （ 2 5） 活塞的位移，速度，加速度的近似计算方程： (1 co s ) （ 2 6） （ 2 7） 2 （ 2 8） 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： ( s i n s i n 2 )6 0 2 （ 2 9） 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，如下图所示： 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 10 图 2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 。 浆泵的流 量不均度 流量不均度是用来衡量往复泵流量脉动程度的指标。 m a x m i （ 2 10） 式中：泵的最大瞬时流量 泵的最小瞬时流量 Q 泵的理论平均流量。 3 3( 1 )6 0 2 6 0 23 360 F n S = （ 2 11） 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。 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=东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 11 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 21 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） 12 第 3 章 钻井泥浆泵液力端总体设计 力端的总体方案结构设计 查阅资料，确定 3行运动和动力计算。结构如图 3示： 1 2 3 436 536 6 7 8 9 10 11密封圈 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 263627 28 29 30 31 3236 3力端的总体结构 归纳起来大致分为五部分：即缸盖总成、凡尔总成、拉 杆、活塞、缸套部分等构成。 盖结构 缸盖总成（如图 3作用是封住液缸、压紧缸套及调节缸套盘根的松紧，使其保证 良好的密封状态，以保证钻井泵的正常工作。 根据泵的传动功率、工作压力的大小，缸盖总成的结构可分为两大类。但不论哪一种结构，缸盖总成都承受全部的液力负荷。特别是高压喷射钻井工艺，对泵提出的要求更高。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 13 图 3盖结构图 尔体结构 钻井泵全部采用的是锥形盘状凡尔体（如图 液体沿凡尔体的外缘流动，它的密封是靠凡尔体上的凡尔胶皮合金书面语凡尔座的金 属接触实现的。凡尔胶皮突出干凡尔体的金属部分，因此，凡尔胶皮除了起密封作用外，还对凡尔关闭起缓冲作用。凡尔弹簧的主要作用是保证凡尔及时关闭。为了使凡尔体平稳准确地座落在凡尔座上，凡尔还配备有导向装置。 凡尔座与凡尔穴孔靠一定加工精度的锥度配合来实现密封的。 图 3尔体结构图 杆结构 拉杆（如图 3端与中间拉杆相连，一端与活塞相接，通过拉杆把动力传给活塞。 拉杆与活塞的配合：拉杆的一端靠锥度与活塞相配合，而实现密封。因此对拉杆锥度山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 14 要进行精密加工，以保证锥度配合有较大的接合面（要 大于 70%）。锥面上只要有很少一点锈，润滑液或泥浆都会妨碍配合。所以，在安装活塞前，一定要将活塞孔和拉杆锥度部分洗净抹干。必要时，可用较好的刚砂布或砂纸打磨，在安装时，不使用润滑剂，因为润滑油膜会妨碍拉杆和活塞的金属面接触，易使活塞松脱，这样，泥浆会将活塞锥孔和拉杆的锥度部分刺坏，另外，一定要按规定拧紧拉杆螺帽，以保证活塞的正常工作。 图 3杆结构图 拉杆盘根：拉杆盘根是用来封严拉杆和后缸之间的间隙的。最早采用的拉杆盘根是压紧式矩形盘根。这种结构全靠拉杆盘根挤紧拉杆实现密封的，工作时发热十分严重， 仅适于在 70大气压以下工作。 目前最常见的拉杆盘根有两种结构。一种是采用自封式多皮碗的拉杆盘根。这种盘根是靠泥浆压力将拉杆盘根唇部撑开，对拉杆实现密封的。因此，在低压时，有时会有些泥
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