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150型全液壓注漿泵設計
摘 要
隨著產(chǎn)品技術水平的不斷提高，油田80%以上鉆機產(chǎn)品的功能設置及實際使用的需要，都要求配備往復式泥漿泵。在鉆機各部件的動力傳動中，除空壓機，泥漿泵外其它部件均采用了液壓傳動及控制技術，由于機械式往復泥漿泵結(jié)構復雜，動力傳動及流量控制不靈活，沖擊大，重量重影響了鉆機產(chǎn)品整體水平的提高。
以往的150型注漿泵都是采用了機械動力源，而這次課題的設計主要是將機械動力源改進為全液壓動力源。該方案使用了液控自動往復機構原理，不同于以往的機械往復機構。該換向機構及控制原理簡單，換向平穩(wěn)、可靠，換向時間可調(diào)，無死點。系統(tǒng)所使用零件皆為通用件，加工容易，成本低，易磨損零件少，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和推廣，只要機構設計合理、計算準確可以避免換向時的沖擊現(xiàn)象，保證系統(tǒng)換向自如。
本次設計收集關于泥漿泵的資料、分析了液壓自動換向機構、提出了新型液壓泥漿泵系統(tǒng)的設計方案，然后對機械與液壓系統(tǒng)進行設計與計算并通過三維軟件制出150型全液壓泥漿泵的三維圖。
關鍵字：泥漿泵 液壓 自動換向 三維設計
Abstract
With increasing levels of product technology , more than 80% oil rig product feature set and requires actual use , are required with a reciprocating mud . The power transmission member of the drilling rig , in addition to the air compressor , the other parts are made of mud outside the hydraulic drive and control technology , the complexity of the mechanical structure of the reciprocating mud pump , flow control and power transmission is not flexible , shock , heavy weight influence the improvement of the overall level of rig products .
Past 150 injection pump are using mechanical power source , and this topic is designed primarily to improve the mechanical power source for the full hydraulic power source. The program uses the principle of automatic reciprocating hydraulic control mechanism , unlike the conventional mechanical reciprocating mechanism . The commutation mechanism and control principle is simple, for the smooth , reliable commutation time is adjustable, no dead spots . System used parts are common parts, easy processing , low cost, easy to less wear and tear parts , easy to implement industrial production and promotion, as long as the institutions designed to calculate the exact impact of the phenomenon can be avoided when reversing , ensure that the system commutation freely.
The design of the collection of information about the mud , the analysis of the hydraulic automatic reversing mechanism proposed new hydraulic mud system design , and mechanical and hydraulic system design and calculation , and the whole system out of 150 hydraulic mud through three-dimensional software pump three-dimensional map .
Keywords: Mud pump Aydraulic Automatic commutation 3D design
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
第一章 緒論 4
1.1 概述 4
1.1.1 泥漿泵介紹 4
1.1.2 泥漿泵的作用和特點 5
1.1.3鉆探工作對泥漿泵性能的要求 5
2）泥漿泵的排出壓力也要能在較大范圍進行調(diào)節(jié)； 6
1.2 泥漿泵的發(fā)展現(xiàn)況 6
1.3泥漿泵的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7
1.3.1國外研究現(xiàn)狀 7
1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 7
1.4課題研究背景及主要任務 8
第二章 全液壓泥漿泵的總體設計 9
2.1液壓泥漿泵簡介 9
2.2傳統(tǒng)式泥漿泵的原理分析 10
2.3 方案設計 10
2.3.1方案一：機動一液控自動換向機構 11
2.3.2 方案二：機動—電控自動換向機構 11
2.3.3方案三：電液換向閥的換向機構 12
2.3.4方案四：液控自動往復換向機構 13
2.4方案的確定 14
第三章 全液壓泥漿泵的設計計算 15
3.1 參數(shù)要求 15
3.2 泵的設計 15
3.2.1 泵的結(jié)構設計 15
3.2.2泵的功率計算 15
3.2.3各零部件的尺寸確定和校核 16
3.2.4 進出油口徑的確定 18
3.3 驅(qū)動油缸的設計 19
3.3.1 驅(qū)動油缸的結(jié)構設計 19
3.3.2 液壓系統(tǒng)的功率計算 20
3.3.3 液壓系統(tǒng)參數(shù)計算 20
第四章 全液壓泥漿泵的計算機設計繪圖 25
4.1缸體的設計 25
4.2泵體的設計 26
4.3 缸蓋的設計 27
4.4 活塞的設計 27
4.4 泥漿泵裝配設計 28
第五章 全液壓泥漿泵的使用和維護 29
5.1安裝 29
5.2泥漿泵的使用與維護 29
5.2.1泥漿泵在開啟前的維護與保養(yǎng) 30
5.2.2泥漿泵在運轉(zhuǎn)過程中的使用與維護 30
第六章150型泥漿泵的經(jīng)濟可行性分析 32
結(jié) 論 33
參考文獻 34
致 謝 35
附錄：外文翻譯 36
第一章 緒論
1.1 概述
1.1.1 泥漿泵介紹
泥漿泵，是指在鉆探過程中向鉆孔里輸送泥漿或水等沖洗液的機械。泥漿泵是鉆探設備的重要組成部分。
在常用的正循環(huán)鉆探中﹐它是將地表沖洗介質(zhì)──清水﹑泥漿或聚合物沖洗液在一定的壓力下，經(jīng)過高壓軟管﹑水龍頭及鉆桿柱中心孔直送鉆頭的底端，以達到冷卻鉆頭、將切削下來的巖屑清除并輸送到地表的目的。
常用的泥漿泵是活塞式或柱塞式的，由動力機帶動泵的曲軸回轉(zhuǎn)，曲軸通過十字頭再帶動活塞或柱塞在泵缸中做往復運動。在吸入和排出閥的交替作用下，實現(xiàn)壓送與循環(huán)沖洗液的目的。
1.1.2 泥漿泵的作用和特點
在使用旋轉(zhuǎn)鉆井法鉆石油、天然氣井的作業(yè)中，鉆井往復泵用于泵送鉆井液—泥漿，使其循環(huán)流動進行沖井。所以鉆井泵通常被稱為泥漿泵。按其工作重要性，又被比擬為“鉆機的心臟”。
泥漿循環(huán)是旋轉(zhuǎn)鉆井過程中的關鍵作業(yè)，主要有以下作用:
1）清除井底的巖屑并將其經(jīng)由環(huán)形空間攜至地面；
2）在井壁上造泥餅，防止井壁坍塌；
3）平衡或控制已鉆開的井段中的油、氣、水層壓力，防止井噴；
4）處理井下復雜情況。如遇裂縫地層時泵入堵漏材料，遇卡鉆時泵入原
油、柴油解卡等。
5）冷卻鉆頭，潤滑旋轉(zhuǎn)的鉆柱。
1.1.3鉆探工作對泥漿泵性能的要求
鉆探工作對泥漿泵的要求主要有以下幾點：
1）泥漿泵的排量要能簡便、迅速地在較大范圍進行調(diào)節(jié)，最好能實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)；
2）泥漿泵的排出壓力也要能在較大范圍進行調(diào)節(jié)；
3）當根據(jù)鉆進工藝規(guī)程將泵量調(diào)定以后，它不能隨泵的排出壓力的變化而
發(fā)生變化；
4）工作可靠、易損件壽命長、便于維修保養(yǎng)；
5）要能適應不利條件下的工作；
6）運移性要好。
1.2 泥漿泵的發(fā)展現(xiàn)況
到目前為止，使用泥漿泵鉆井己有一百多年的歷史。早期的泥漿泵的功能僅在于循環(huán)泥漿、冷卻井底、攜帶巖屑和在井壁形成泥餅。在四十年代末，采用了噴射式鉆井，以及后來的井下動力鉆具鉆井，利用高壓泥漿的沖蝕力輔助破碎巖石可以加快鉆井速度，利用泥漿的動力驅(qū)動井下渦輪鉆具也可以旋轉(zhuǎn)鉆井，從而擴大了泥漿泵的功能和使用范圍。
泥漿泵早期的典型結(jié)構是雙缸雙作用泵，這種泵使用時比較可靠，但是體積和重量都較大，效率低，壓力波動大。隨著鉆井井深的增加和套管層次的增多，對鉆井泵的排量和泵壓提出了愈來愈高的要求。這也導致了泵功率的急劇加大，泵的重量和外形尺寸也隨之增加。為減輕泵重，當時在雙缸泵的設計上較大的改進是以鋼代鐵和減小泵寬。以鋼帶鐵是用鋼板焊接的泵殼代換鑄鐵泵殼，并將一些零件改用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造;減小泵寬是應用大直徑的滾動軸承作連桿大端支撐，摒棄懸臂曲拐軸設計。這樣，兩缸中心距明顯縮小。這些都是50年代雙缸泵的主要改進之處。當然，除此之外在細節(jié)結(jié)構上也有不少改進。盡管在50-60年代噴射鉆井工藝本身提出了Pa的泵壓要求，但雙缸泵的實際持續(xù)工作泵壓只能達到Pa左右。限制泵壓提高的主要因素是活塞橡膠皮碗的壽命。雙缸雙作用泵的活塞是“捂”在缸體里的，冷卻散熱條件極差。盡管沖次不高，但在高壓下由于活塞皮碗與缸套的摩擦，仍將產(chǎn)生100℃上下的溫度:再加上與缸套間的各種磨損作用，皮碗很快老化破裂，不能保證鉆井作業(yè)的正常進行和使用的合理壽命。但這種單向活塞和敞口缸套的結(jié)構給吸入帶來了特殊的問題，即三缸泵的吸入過程中，只要缸內(nèi)壓力低于當?shù)卮髿鈮海諝饩涂赡軓幕钊澈笄秩胍焊锥茐恼Ｎ?。所以，在原則上三缸泵應配置灌注泵，這也是國外通常的做法。三缸單作用泥漿泵的優(yōu)點在于體積小、重量輕、效率高、壓力波動小，特別適用于鉆井。三缸單作用泥漿泵經(jīng)過三十多年的不斷改進和完善，在性能上、結(jié)構上、可靠性、適應性與經(jīng)濟性等方面，已經(jīng)走向成熟，使用效果也很顯著。
在我國，第一臺泵是五十年代誕生的，為雙缸泵。在七十年代，由于鉆井工藝的試驗和推廣，引進國外三缸泵及技術。從此開始了三缸泵的研制工作，它在短短的數(shù)年中取代了雙缸泵，成為提高噴射鉆井水平的關鍵設備。
1.3泥漿泵的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3.1國外研究現(xiàn)狀
國外對注漿泵的研究開發(fā)起步比較早，技術也比國內(nèi)先進"德國是歐洲注漿泵發(fā)展最快的國家,第一臺得到成功應用的注漿泵就是在德國誕生,對注漿泵的起步和發(fā)展做出很大貢獻1932年由荷蘭開發(fā)的第一臺機械式注漿泵，明確了注漿泵的構造原理，為后來的機械式注漿泵開發(fā)奠定了基礎"隨著科學技術的快速進步，注漿泵往復換向的驅(qū)動方式也從最初的機械式驅(qū)動發(fā)展到現(xiàn)在的機電一體化形式"機械式驅(qū)動方式以曲柄滑塊機構為主,采用機械驅(qū)動的注漿泵重量大、結(jié)構復雜、磨損較快，造價高，所以現(xiàn)在使用場合較少“當前應用較多的幾種自動換向機構是:機動一液控,機動一電控,電一液,以及全液壓控制方式”它們依據(jù)自身特點,在適當?shù)墓ぷ鲌龊鲜褂?都能較好的實現(xiàn)往復換向不足之處在于,綜合前三種驅(qū)動方式,機械碰撞使系統(tǒng)的可靠性不高，再有受電磁換向閥的電磁推力影響，不適合大流量閥，流量太大，壓力沖擊也很大，而且在環(huán)境條件惡劣,比如濕度較大場合，都會影響電器設備的性能,故障率較高，還存在安全隱患。而全液壓自動換向系統(tǒng)結(jié)構簡單，換向平穩(wěn)可靠,使用維護方便,工況受環(huán)境因素影響較小，一直以來科技工作者在較大程度上都致力于開發(fā)高性能的全液壓自動換向控制系統(tǒng)“世界上第一臺由液壓驅(qū)動的注漿泵是由施維英公司生產(chǎn)制造的,它以其排量大,振動較小,而且能實現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點使注漿泵進入了較高的發(fā)展階段?！?
2011.5中國地質(zhì)大學碩士學位論文3小時159立方米,泵送水平距離可達1600米,泵送垂直距離可達400米美國也不乏有大的注漿泵制造商如湯姆森公司,亦能生產(chǎn)各類型的注漿泵產(chǎn)品,日本目前擁有一批大型的注漿泵制造企業(yè),比如:三菱重工,極東開發(fā)等。
1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國在五十年代開始從國外引進注漿泵,直到二十世紀八十年代,才較大范圍的推廣使用注漿泵"目前,國內(nèi)注漿泵生產(chǎn)企業(yè)有十余家,總生產(chǎn)能力600輛,主要集中在中聯(lián)重工三一重工、遼寧海諾、安徽星馬、上海普斯特5個企業(yè),產(chǎn)量占全行業(yè)的95%泵車的型號也有多種,泵送高度從20多米到50多米,國內(nèi)目前生產(chǎn)的注漿泵車多集中在37m以下“我國雖然起步較晚,但發(fā)展相當迅速,借鑒歐洲技術自主開發(fā)”目前國內(nèi)占主導地位的泵送液壓系統(tǒng)有3種,一種是主要由三一重工所采用全液壓液控換向系統(tǒng);第二種是采用電信號換向,主要為中聯(lián)重科采用；第三種是主要用在泵車上的閉式系統(tǒng),換向沖擊小,但成本比較高。
全球注漿設備銷售額僅占工程機械銷售額的3%,而在中國市場卻占到10%中聯(lián)重科和三一重工兩大工程機械巨頭,都是從制造注漿泵和混凝土泵起家,以此積累資本延伸到其他工程機械產(chǎn)品的,而且注漿泵目前仍然是公司的主打產(chǎn)品“中國大規(guī)模的城市建設和整改在一定程度上促進注漿泵和注漿機械工業(yè)的持續(xù)繁榮”近年來,隨著注漿泵市場不斷擴大,注漿技術水平的不斷提高,注漿泵的發(fā)展趨勢明顯呈現(xiàn)以下特點：
1）發(fā)展全液壓驅(qū)動往復式注漿泵是主流
2）盡量使得系統(tǒng)液壓沖擊小、噪聲低、注重環(huán)保
3）提高注漿泵的輸出壓力
4）液壓系統(tǒng)趨于結(jié)構簡潔,安裝調(diào)試方便等特點多采用集成閥塊形式
5）提高注漿泵的工作可靠性和作業(yè)效率
6）小批量、多品種適應用戶要求
1.4課題研究背景及主要任務
隨著產(chǎn)品技術水平的不斷提高，油田80%以上鉆機產(chǎn)品的功能設置及實際使用的需要，都要求配備往復式泥漿泵。在鉆機各部件的動力傳動中，除空壓機，泥漿泵外其它部件均采用了液壓傳動及控制技術，由于機械式往復泥漿泵結(jié)構復雜，動力傳動及流量控制不靈活，沖擊大，重量重影響了鉆機產(chǎn)品整體水平的提高。目前油氣地震勘探工作正在向地理條件更加惡劣的地區(qū)轉(zhuǎn)移，油氣勘探鉆機需要配備高效，節(jié)能，重量輕，維護方便的泥漿泵，因此，將泥漿泵的驅(qū)動，控制方式由機械式改進為液壓驅(qū)動與控制對鉆機技術性能提高有著非常重要的作用。
以往的150型注漿泵都是采用了機械動力源，而這次課題的設計主要是將機械動力源改進為全液壓動力源。全液壓動力源的好處在于，它相對機械動力源受到外界干擾比較少，可以增加注漿泵在惡劣的工作環(huán)境中的壽命，它是密封環(huán)境下工作的，可以避免外界因素的干擾，加強了抗腐蝕性，同時也加強了工作時的安全性，密封環(huán)境下也降低了工作時的噪聲。全液壓動力源提高了工作效率。同時，液壓注漿泵因其結(jié)構簡單,相對減少了生產(chǎn)的難度，防爆性能好,易于過載保護輸出特性可無級調(diào)節(jié)和并下狹窄空間易于安裝布置等優(yōu)點,深受煤礦行業(yè)歡迎。
本文在分析現(xiàn)有機種自動換向液壓往復機構的基礎上，提出了實現(xiàn)自動換向的新方法，并用于驅(qū)動雙缸雙作用往復液壓泵工作，實現(xiàn)泥漿泵的全液壓驅(qū)動。
課題主要完成的工作內(nèi)容：
1）液壓自動換向機構的應用研究
2）新型液壓泥漿泵系統(tǒng)的方案設計
3）機械系統(tǒng)設計與計算
4）液壓系統(tǒng)設計與計算
5）繪制裝配圖、零件圖和三維圖
第二章 全液壓泥漿泵的總體設計
2.1液壓泥漿泵簡介
目前，在油氣生產(chǎn)使用的泥漿幾乎都是機械動力傳動和控制的往復式活塞泵，由于機械式泥漿泵的動力傳遞的特點決定了其傳遞效率低、體積大、部件磨損快、維修困難等缺點。近年來，此問題已吸引了各行業(yè)的許多工程技術人員對其進行不斷的研究，以期使此問題得到解決，提高資源的利用率。
隨著液壓技術的迅猛發(fā)展，利用液壓油缸實現(xiàn)自動換向直接驅(qū)動泥漿泵的往返運動的方法稱為眾多專家所關注、討論和實施的方案。解決泥漿泵的液壓驅(qū)動和控制時的液壓壓力波動大、泥漿對液壓活塞的磨損、合理的沖程長度與缸徑比等問題的方法已有眾多文章所分析、介紹。液壓往復泥漿泵往復動作非常簡單，只是要求換向機構能夠及時、平穩(wěn)的自動換向，結(jié)構簡單且動作可靠，使用壽命長等。其中，自動換向機構性能的好壞直接影響泥漿泵的使用性能。因此，本章就液壓泥漿泵的自動換向問題提出了新的解決方案。
液壓泥漿泵的基本原理如下：
隨著小型勘探鉆機 和水井鉆機技術的發(fā)展以及泥漿鉆井技術的使用不斷擴展，小型泥漿泵的使用也越來越廣泛。但機械驅(qū)動式泥漿泵結(jié)構復雜、重量重、效率低，這些問題嚴重制約著產(chǎn)品的技術水平提高。
2.2傳統(tǒng)式泥漿泵的原理分析
以下圖所示傳統(tǒng)單缸雙作用泥漿泵為例分析泥漿泵的工作原理以便指導全液壓泥漿泵的結(jié)構設計。
如圖示由電機通過帶傳動輸入動力，通過行星減速器減速。經(jīng)偏心輪將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線往復運動。驅(qū)動雙作用活塞泵作功。活塞泵的進漿室、排漿室各有兩個鋼球組成的單向控制閥（如下圖所示）。當活塞桿向左驅(qū)動時，缸體右腔進漿（單向閥F2打開，單向閥F4關閉），缸體左腔排漿（單向閥F3打開，單向閥F1關閉）。當活塞桿向右
圖2.1 傳統(tǒng)泥漿泵原理圖
驅(qū)動時，缸體左腔進漿（單向閥F1打開，單向閥F3關閉），缸體右腔排漿（單向閥F4打開，單向閥F2關閉）。（見以上工作原理圖2.1）除此之外,在主通路上安裝空氣力表用來調(diào)整泵在抽吸過程中產(chǎn)生的波動大小。
2.3 方案設計
經(jīng)過對傳統(tǒng)式泥漿泵的原理進行分析結(jié)合設計背景要求，此次設計保留泵的結(jié)構不變把機械式原動機改為全液壓驅(qū)動，并且為提高泵的排量，減小泵的往復換向頻率和換向脈動本此設計采用雙缸雙作用對稱布置式往復泵。而要通過液壓驅(qū)動泵的往復動作，關鍵在于選擇合適的液壓換向機構，下面對幾種換向機構方案設計如下：
2.3.1方案一：機動一液控自動換向機構
此類機構的換向特點是：當活塞到達行程終點時，與活塞桿聯(lián)動的撞塊碰撞缸體上的先導閥閥芯或機架上的閥塊，使換向閥換向，進而使液壓缸的運動換向，帶動泥漿泵的活塞周而復始的往復運動，其原理見下圖：
圖中A\B是固定在缸體上的碰撞式行程換向閥，也成先導閥；C為液恐換向閥；D為固定在液壓缸活塞桿上的機械撞塊。
此機構要求結(jié)構復雜，機械碰撞可靠性差，使用換向回路換向頻率較低，換向時沒有設計緩沖，換向沖擊大，不能充分利用液壓缸的長度空間，但可以調(diào)整換向位置以適應不同的換向距離要求，不能充分利用液壓缸的長度空間，但可以調(diào)整換向位置以使用不同的換向距離要求，對機構其他元件的使用性能影響大，整個系統(tǒng)的可靠性不高?？捎糜谝话銠C械設備的液壓控制系統(tǒng)。
2.3.2 方案二：機動—電控自動換向機構
下圖中，DT1、DT2分別為對應觸點行程開關和電磁鐵開關，當觸電行程開關得電時，相應的電磁鐵得電產(chǎn)生動作，電磁換向閥DT1、DT2為一對互鎖開關，即其中一個開關得電時，另一個必然掉電，且不能同時得電。這類機構的特點是：當活塞到達行程終點時，與活塞桿聯(lián)動的撞塊碰撞機械觸電開關，通過電控系統(tǒng)使電磁換向閥換向，進而使液壓缸活塞換向，實現(xiàn)往復運動的功能。
因電磁閥受電磁力的限制，主要用于小型流量閥，當流量較大時，產(chǎn)生沖擊壓力較大，該系統(tǒng)同樣未考慮活塞在換向時的沖擊，也不能充分利用液壓缸的長度空間，但可以調(diào)整換向位置以適應不同換向距離的要求，適合在功率較小的場合，如普遍機床液壓系統(tǒng)等。
2.3.3方案三：電液換向閥的換向機構
電磁閥受電磁推力的限制，主要用于小型流量閥，它的換向時間短，每分鐘換向次數(shù)可達600次，在流量較大時，產(chǎn)生沖擊力較大。一般在流量較大時，采用液動換向閥控制，換向時間較長，但換向中極力較小。此外，液動換向閥單獨使用次數(shù)較少，常與電磁換向閥一起使用，即電——燁換向閥。
利用電磁換向閥給出電訊號比較方便的優(yōu)點，用來控制液動換向閥的控制油路，為小流量閥，因其在電——液換向閥中起先導作用，一般稱作先導閥。液動換向閥由液壓控制，操作力大，為大流量閥，控制執(zhí)行元件的主油路，稱主閥。以彈簧對中的三位四通換向閥（34EY）組成的自動換向回路為例，介紹其自動換向原理，如下圖：
換向時可能出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象，該系統(tǒng)控制原理簡單，結(jié)構簡單，使用可靠。但需要專門額控制電源，工作效率低，可在功率較小的機械設備中使用。
圖中節(jié)流閥是通過控制先導閥的高壓流量為調(diào)節(jié)主閥的換向快慢的，由于此類機構沒有設計液壓缸的壓力或位置反饋裝置，可能因為負載的不確定性而不能及時判斷液壓缸中活塞是否到達頂端，可能會造成空行程活活塞達到液壓缸頂端部后仍未換向而對系統(tǒng)零部件的損壞；降低了液壓缸的空間使用效率。
2.3.4方案四：液控自動往復換向機構
換向機構的工作原理是：該液壓換向機構使用了緩沖液壓缸（原理圖見方案四），通過緩沖缸兩端產(chǎn)生的高壓控制油控制液壓換向閥換向。A、B為液壓缸的主油路進、出油口，a、b為液壓缸的控制油路出油口，控制油路中設置了可調(diào)是節(jié)流閥、單向閥和蓄能器，主油路中設置了蓄能器。主油路換向使用了一個普通液控二位四通換向閥。液壓缸的換向由緩沖液壓缸活塞運行至缸體端部時，活塞與缸體端部出現(xiàn)的局部密封產(chǎn)生的高壓油流控制換向閥換向。
工作過程中如下：方案四所示位置換向閥技能是液壓缸活塞正向右運動，液壓缸左腔為高壓腔，右腔為低壓回油腔，控制口分別取得各自工作腔的壓力，因此Pa=PA>Pb=PB,二位四通換向閥保持右位機能不變,液壓缸活塞繼續(xù)向右運動,當活塞運動至右端緩沖區(qū)時,活塞與缸體端部出現(xiàn)的局部封閉空間使壓力迅速升高,活塞開始減速,控制口b得到這個壓力,該壓力值可以通過控制油路上的節(jié)流閥調(diào)定大小,我們是這個壓力高于系統(tǒng)壓力的某個值,即高于控制口a的壓力值,此時,Pa=PA
PB，二位四通換向閥換向為右位機能，液壓缸左腔為低壓回油腔，右腔為高壓腔，液壓缸活塞換向后向左移動，這是Pa=PAPb=PB,二位四通換向閥保持右位機能不變,液壓缸活塞繼續(xù)向右運動,當活塞運動至右端緩沖區(qū)時,活塞與缸體端部出現(xiàn)的局部封閉空間使壓力迅速升高,活塞開始減速,控制口b得到這個壓力,該壓力值可以通過控制油路上的節(jié)流閥調(diào)定大小,我們是這個壓力高于系統(tǒng)壓力的某個值,即高于控制口a的壓力值,此時,Pa=PAPB，二位四通換向閥換向為右位機能，液壓缸左腔為低壓回油腔，右腔為高壓腔，液壓缸活塞換向后向左移動，這是Pa=PA0.1cm=1mm
取控制口直徑為：5mm，完全滿足控制油流在層流狀態(tài)流動。
7、密閉空間幾何尺寸設計計算
密閉空間前后的壓力為：P1=0.2MPa，P2=10MPa
控制口兩端壓差△P=9.8MPa
根據(jù)控制口兩端作用力相等，控制有關的通徑d=Ф5mm，且近似認為液壓油不可壓縮。
,即
則密閉空間直徑為：
，取40mm
考慮到實際使用時控制管路中液壓油的壓縮和不可避免的泄漏，以及當系統(tǒng)在即將換向時停機后控制油的泄漏，還應當保持系統(tǒng)不能存在換向死點，按照換向容積
V換向閥=10.8cm3增加20%作為密閉空間的實際容積，得密閉空間的容積為
Q密閉=13cm3
因此計算得密閉空間的最小長度
為保險及驗證假設條件及計算是否合理，取密閉空間長度為20mm
其余結(jié)構尺寸不一一計算。
第四章 全液壓泥漿泵的計算機設計繪圖
4.1缸體的設計
圖4.1 缸體的三維模型
圖4.2 缸體的工程圖
4.2泵體的設計
圖4.3泵體三維模型
圖4.4 泵體的工程圖
4.3 缸蓋的設計
圖4.5 缸蓋的三維模型
4.4 活塞的設計
圖4.6 活塞的三維模型
4.4 泥漿泵裝配設計
圖4.7 泥漿泵三維模型
圖4.8 泥漿泵裝配工程圖
第五章 全液壓泥漿泵的使用和維護
5.1安裝
泥漿泵本身為一個完整的體系，所有零部件全部安裝在底座上，將通過電機的回轉(zhuǎn)運動變成柱塞的往復運動，該泵在使用中不需另外安裝，可將泵放在平坦的地面上，不加任何固定就能開泵運轉(zhuǎn)使用。
5.2泥漿泵的使用與維護
泥漿泵的正常工作對整套鉆探設備的生產(chǎn)效率起著很大的作用。正確維護和使用泥漿泵能提高鉆進速度和純鉆進時間，保護孔內(nèi)清潔，并能將井壁坍和卡鉆事故減至最小。因此我們應當做好泵的使用，維護和保養(yǎng)工作。為保護泥漿泵的壽命及其正常工作，必須從包裝運輸保存開始，直至安裝使用和維護保養(yǎng)都精心注意。
泥漿泵主要是在鉆井進行的過程中以高壓向井底輸送含砂量較高、大比重以及高粘度的鉆井液，工作時用于冷卻鉆頭、驅(qū)動鉆進、清洗鉆具、沖刷井底、固著井壁、破碎巖石以及從井底返回時將巖屑帶出，減少孔壁與鉆具的磨擦、保護孔壁不坍塌等。通常泥漿泵可以分為兩部分―動力端和液力端，其工作過程可以分為吸入、排出兩步過程。泥漿泵的動力端由連桿、偏心輪、十字頭、曲柄等組成，用于傳遞動力、轉(zhuǎn)換運動速度和運動方式，從而為液力端提供適宜的動力。液力端是由活塞、泵缸、吸入管、吸入閥、排出管、排出閥等組成的，它可以將機械能轉(zhuǎn)化為液體的內(nèi)能，從而用于泥漿的輸送。在吸入和排出的交替過程下，可以達到循環(huán)與壓送沖洗液的目的。泥漿泵輸送的介質(zhì)通常粘度大、含砂量大、壓力較高、有一定的腐蝕性，這就需要對泥漿泵進行合理的日常維護與保養(yǎng)，延長泵的使用壽命。
必須將泥漿泵安裝在較為穩(wěn)固的基礎上，泥漿泵在開啟前應仔細檢查泵內(nèi)各個零部件之間的潤滑情況、緊固狀態(tài)、配合間隙等。應盡量避免泥漿泵的頻繁倒泵，在開啟或者倒泵時，要防止泵內(nèi)輸送介質(zhì)的汽化，防止輸送過程中泵內(nèi)介質(zhì)溫度變化大，原因是由于溫度變化大會引起泵體受熱不均，從而可能會導致泵內(nèi)零部件的變形、老化等。泥漿泵在輸送較高溫度的介質(zhì)時，啟動前應當進行充分的暖泵，當泵體的溫度與輸送介質(zhì)溫度一致的情況下，方可啟動泵。此外，用手轉(zhuǎn)動電動機或皮帶輪，檢查轉(zhuǎn)動時內(nèi)部的障礙情況，視情況調(diào)整皮帶松緊的程度。另外要注意檢查是否有臟物堵塞進水管、出水管，給軸承加注黃油，檢查底閥是否關閉嚴密、開閉自如。檢查各個部分的密封件的密封情況，防止漏水、漏氣等。
泥漿泵在施工過程中輸送泥沙的顆粒大小關系到泥漿泵易損部件的使用壽命。不允許泥漿泵的吸入管路有漏氣的現(xiàn)象，通過泵的顆粒大小應符合要求，避免顆粒大的物料堵塞泥漿泵。泥漿泵的軸承、泵殼、葉輪是最易損壞的部件。泥漿泵的軸承彎曲或者與軸承座有同軸度上的偏差，會增大泵的零部件的磨損以及引起泵體的震動。泥漿泵葉片的損壞大都是泵的氣蝕或者是吸入了固體、金屬類雜質(zhì)引起的。為了工程投入的減少、生產(chǎn)效率的提高，要經(jīng)常檢查和替換易損的部件，或者盡量采用較為先進的抗磨技術措施，以期增加易損部件的使用壽命。
泥漿泵的日常維護和保養(yǎng)最好是由專門的人員負責，要配備常用的易損壞的零部件，以備不時之需，定期進行檢查和維護泥漿泵的各個零部件，遇到問題時能夠及時解決，盡量避免泥漿泵在運行過程中出現(xiàn)問題，造成損失。
如何能夠做好泥漿泵的維護，需要能夠保證潤滑油的油量、油質(zhì)清潔，每月需放出部分油底并補充部分新油，并保證每六個月能夠換油一次。軸承組件內(nèi)干凈無塵，檢查軸承各部位的溫度變化情況，是否有異常的響聲，如若溫度過高會燒壞軸承。經(jīng)常檢查活塞和缸套的工作情況，以能夠及時更換活塞。檢查閥蓋以及缸蓋密封圈的使用情況，檢查閥座、閥體、閥膠皮的磨損沖蝕情況，能夠及時更換，檢查泥漿振動篩、除泥器、除砂器、砂泵的工作情況是否正常。檢查安全閥的活塞和安全銷，及時更換主動軸上裝配的安全閥的保險銷，以確保泥漿泵在鉆井作業(yè)工況下能夠安全運行。泥漿泵每隔兩年需要進行一次全面解體檢查，檢測軸承的間隙，進行維護修理或者直接更換，還要定期對泥漿泵進行盤泵，以期能夠延長泥漿泵的使用壽命。
5.2.1泥漿泵在開啟前的維護與保養(yǎng)
泥漿泵必須安裝在穩(wěn)固的基礎之上，必須檢查原動機和泥漿泵皮帶輪軸的平行度及傳動皮帶的位置，使它們都在一個平面內(nèi)，然后用地角螺釘固緊。為了泵能正常工作，應根據(jù)鉆機機場場地考慮好回水槽，沉淀池，吸水池及泵的合理安裝位置，應盡可能縮短吸入管路和吸入高度。在高山地區(qū)或安裝位置離吸水池過高時，應考慮用輔助吸入系統(tǒng)。
在泥漿泵開動前應對泥漿泵系統(tǒng)作全面檢查：
首先應仔細檢查往復式泵動力端零部件的緊固情況，配合間隙，潤滑狀態(tài)等。應特別注意檢查活塞的壓緊螺帽及十字頭與活塞連桿連接是否緊固；連桿軸瓦，十字頭軸套及滑套的配合間隙是否合乎要求；離合器及變速機構是否靈活可靠；軸承及曲軸箱內(nèi)和離合器裝置內(nèi)是否有足夠的潤滑油；用手轉(zhuǎn)動皮帶輪或電動機，看看轉(zhuǎn)動時內(nèi)部有無障礙,并調(diào)整皮帶的松緊程度。
其次對液力端的整個循環(huán)系統(tǒng)作仔細檢查，應特別注意檢查底閥和濾水器的進水孔是否被臟物堵塞，底閥應開閉自如、關閉嚴密.軟管兩端與濾水器及吸入口連接處應保證密封；吸水閥運動是否受到障礙、閥密封是否良好；檢查個部分密封件是否密封嚴密，以防漏水漏氣然后要檢查壓力表及緩沖裝置，是否靈敏準確；把三通閥轉(zhuǎn)向回水位置，是排出能流入泥漿池；打開一個吸水閥室，向吸入管道注滿水。
5.2.2泥漿泵在運轉(zhuǎn)過程中的使用與維護
在做完以上工作之后，將離合器手柄放在空轉(zhuǎn)位置上，開動原動機，檢查泵的皮帶輪轉(zhuǎn)動方向是否符合要求。在泵空載的情況下合上離合器，操作過程應平穩(wěn)稍慢。當泵運轉(zhuǎn)情況正常時，在逐漸關閉回水閥，以便平穩(wěn)得想孔內(nèi)輸送沖洗液。當泵正常工作時，如需變速操作必須停泵進行，一面在運轉(zhuǎn)中操作損壞機件。
為了保證泵能維持正常的運轉(zhuǎn)，防止沖洗液沙粒的磨損和高壓沖洗液的不斷沖刷造成泵頭體內(nèi)部過早損壞，必須注意下列事項：
（1）在泵正常工作過程中要按時檢查各運動件的潤滑情況，要使曲軸箱內(nèi)的潤滑油始終保證質(zhì)量，要注意是否出現(xiàn)異樣聲音，并及時清除。要經(jīng)常檢查個密封是否嚴密。
（2）要密切注意泥漿質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)磨礪性沙礫過多或有雜物，必須加強凈化和過濾。泵不能再無水條件下工作，濾水器要距水源箱底0.2-0.3m，并要注意清洗底閥及濾罩。
（3）注意壓力表，安全閥工作是否正常，在最大工作壓力下，持續(xù)時間不宜過長，以不超過一個小時為宜。
（4）干式摩擦離合器不易粘油，以防摩擦片與壓盤在結(jié)合時滑動，離開時有摩擦。是重要保證離合器的正常工作。
（5）曲軸箱內(nèi)的油溫及缸套活塞副的溫度不得過高。當鉆進完畢時，泥漿泵停止工作前，先將三通閥轉(zhuǎn)向回水位置卸荷，再停泵。如在寒冬季節(jié)停泵時間較長時，要放出泵內(nèi)及管道中的沖洗液，以防缸套甚至泵頭部分機關到凍裂。如果泵長期停止使用，還需將曲軸箱中的油放出，清理個部件上的泥砂及污物，并在曲軸軸徑，齒輪，十字頭，十字頭滑套，活塞桿及安全閥體內(nèi)孔涂上黃油，以防銹蝕。
第六章150型泥漿泵的經(jīng)濟可行性分析
150型泥漿泵為立式單作用柱塞泵，由單獨電動機驅(qū)動，電動機及泵體裝在同一個機架上，只有一根主軸,靠行星傳動大降速,用三根B型三角皮帶將動力直接傳遞給泵從動皮帶輪，帶動主軸旋轉(zhuǎn)，從而使主軸的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹那昂笸鶑瓦\動，完成吸排泥漿作用。
該泥漿泵有一定的技術要求，所以必須通過專門的機械廠加工生產(chǎn)。泵體需要鑄造加工，所選用材料為鑄鐵，通過專門沙箱鑄造。底座則采用外購形材——8號槽鋼。螺栓、螺母通過采購使用標準件。其他軸類零件則采用棒料，生產(chǎn)泥漿泵的材料所需費用為5000元，各類齒輪、軸類零件的加工，車削，銑削需要加工費用為 2000元。并且各類零件所需要熱處理如正火、退火、調(diào)質(zhì)等以及在加工過程中，冷加工各類零件所需帶來的機械和電的損耗共計費用1000元。工人的工資共需3000元。經(jīng)過市場調(diào)研得到，該型號鉆機需求量很大。每臺成本價11000元左右，而根據(jù)市場需求每臺大約可以銷售15000元，每年共可銷售200臺，每年可實現(xiàn)純利潤80萬元。
同時，該型號設計的泥漿泵有著深遠的社會價值。當今,我國對中西部地區(qū)大開發(fā),對母親河黃河、長江及各水系如瀾蒼江、金沙江、鴉龍江等的開發(fā)應用，綜合治理。鐵路、橋梁、隧道、大小水電站層出不窮。如三峽水電站、黃河小浪底水電站、廣西剛開工興建的龍?zhí)端娬镜?，對灌用泥漿泵的需要量倍增。而且值得注意的是在若干年內(nèi)，對電站的周圍環(huán)境還需要灌漿泵灌漿鉚固，需求量達到最高峰。
綜上所述，150型泥漿泵具有充分的經(jīng)濟及社會效益，相信此泥漿泵投產(chǎn)后會得到廣大用戶的一致信賴。
結(jié) 論
泥漿泵是石油礦場鉆井作業(yè)中的關鍵設備之一,它的性能、結(jié)構、可靠性、適應性、經(jīng)濟性以及使用壽命,直接影響著鉆井質(zhì)量的好壞。目前國內(nèi)所使用的各種泥漿泵設備，對于修井、淺井鉆井來說均存在結(jié)構龐大、重量太重、移運性差等諸多缺點，而該型泥漿泵是針對油田使用現(xiàn)狀，克服以上各類缺點而開發(fā)出來的泥漿泵設備。該型泥漿泵在動力端的設計時主要借鑒了三缸活塞固井泵的設計方法和結(jié)構，并對其主要的零部件進行了載荷計算、強度校核。而在液力端的設計時主要借鑒了鉆井泥漿泵的設計方法，在結(jié)構形式上選擇的是可拆分的形式，避免了采用柱塞型式在泥漿介質(zhì)中柱塞及柱塞密封壽命過低的問題。對該型泥漿泵的動力端齒輪進行了齒面接觸強度、齒根彎曲強度校核，也對連桿銷、花鍵軸等重要零件進行了強度校核計算。對泥漿泵曲軸的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以及液力端理論流量進行參數(shù)化分析，與實際設計相符合，收到了很好的效果，并且鍛煉了新型軟件的操作能力。該泥漿泵的設計充分考慮了生產(chǎn)實際狀況，為很好的利用設備資源發(fā)揮了巨大作用。
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