〔大学论文〕泥浆泵毕业设计说明书〔含word文档〕.pdf
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1、摘要- 目录- 第一章 的总体概述- 第二章 动机的选择- 第三章 浆泵的一些零件的设计计算- 第四章 浆泵主要零件的额加工工艺- 4. 1 偏心轮的加工- 4. 1 . 1 工工艺 4. 1. 2 注意事项 4. 2 泵头体处理工艺- 4. 2. 1 泵头提到额失效过程 4. 2 .2 影响泵头体服役寿命的主要因素 4. 2. 3 冶金因素 4. 2 .4 平面强化 4. 2. 5 机加工 4. 3 缸套磨损机理研究 材料选择及结构设计- 4. 3. 1 磨损原因分析 4. 4 泵轴热处理要解决的问题- 4. 4. 1 感应器的设计 4. 4. 2 保护水套的设计 4.4 . 3 工艺过程的
2、设计 4. 4. 4 工艺调试 4. 5 泥浆泵轴表面热处理的方法- 4. 5. 1 表面热处理方式选择 4. 5. 2 火焰表面淬火工艺 4. 5. 3 火焰表面淬火工艺制定 4. 5. 4 注意事项 4. 5 . 5 缸套磨损机理研究、结构设计及表面处理技术的应用 4. 5. 6 效果分析 4. 6 齿轮- 4. 7 活塞密封圈的选择- 第五章 泵的使用与维护- 5. 1 安装 5. 2 维护 5. 3 正确使用与维护 5. 4 泵的润滑 5. 5 常见故障及排除 第六章 柱塞泥浆泵的经济可行性分析- 第七章 结论- 参考文献- 附录 一 专题- 附录 二 外文翻译- 英文翻译 中文翻译
3、第一章第一章 泥浆泵泵的总体概述泥浆泵泵的总体概述 柱塞泥浆泵的工作原理:柱塞泥浆泵的工作原理: 图图 1.11.11.11.1 由图 1.1 解释。由电机通过带传动输入动力,通过行星减速器减速。经偏心 轮将回转运动转化为直线往复运动。驱动双作用柱塞泵作功。柱塞泵的进浆室、 排浆室各有两个钢球组成的单向控制阀(如下图所示) 。当活塞杆向左驱动时, 缸体右腔进浆(单向阀 F2 打开,单向阀 F4 关闭) ,缸体左腔排浆(单向阀 F3 打开,单向阀 F1 关闭) 。当活塞杆向右驱动时,缸体左腔进浆(单向阀 F1 打开, 单向阀 F3 关闭) ,缸体右腔排浆(单向阀 F4 打开,单向阀 F2 关闭)
4、 。 (见以上工 作原理图 1.1)除此之外,在主通路上安装空气力表用来调整泵在抽吸过程中产 生的波动大小。 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。 泥浆泵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
5、活塞或柱塞在泥浆泵泵缸中做往復运动。 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。 图图 1.21.21.21.2 偏心轮连杆传动:如图 3-1 所示 图3-1PZNB 型喷水式柱塞泥浆泵结构图 1 传动端;2 柱塞组合;3 水清洗系统;4 阀箱组件 其传动端结构为中心轴+偏心圆盘+连杆。机构工作方式为:电机通过减速器 减速后,通过心轴上的啮合齿轮副带动轴旋转,由于偏心圆盘是通过刚性连接于 轴固结为一体,圆盘也将做旋转运动。再经过连杆的运动传递,将旋转运动变为 注塞的往复运动。此类结构中,要求轴端必须有轴承支撑,整个动力端要有良好 的润滑、散热和密封装置。 泥浆泵性泥浆泵性主要主要
6、能参数能参数 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 0.41 米/分左右。泥 浆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
7、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。 目前,全球真空泵的市场的年销售额约 20 亿美元,年增长率在 7%左右。 我 国生产的真空泵的厂家很多,全部真空泵的年销售额大约在 1.5 亿左右,仅相当 于美国 Kinney 公司一家真空泵的年销售额。通过对全球真空泵市场的分析我们 可以看处,各类真空泵的市场及应用领域都在不断的变化和发展。我国真空泵制 造业有着悠久的历史和雄厚的基础, 国产真空泵已经在各个不同领域得到应用并 经过验证,有些还出口到国外,得到国外用户的认可并受到好评,应该说我国真 空泵制造业在国内外市场仍然有着巨大的发展空间。 第二章第
8、二章 电动机的选择电动机的选择 泵的原动机类型应根据动力来源、工厂或装置能量平衡、环境条件、调节控 制要求以及经济效益而定。 现今电动机主要有鼠笼式和线绕式两种, 三向交流鼠笼型异步电动机是石化 装置用泵的主要原动机,它具有结构简单、维护方便、价格较低、体积紧凑、 启 动及运行均较方便可靠的优点。但是它不能经济、方便地实现范围较广的平滑调 速、运行中必须从电网吸收滞后的无功电流而使电网功率因素变低,一般不适于 大型泵及调速泵,而多用于中、小型泵。 相比之下,三相交流绕线型电机和三相交流同步电机,则可用于对启动、 调 速、改善电网功率因数、大功率、高效率、转速恒定等有特殊要求的场合,但用 于驱动
9、泵的不多。 直流电机虽有调速性好、启动转矩大等优点,但需直流电源,造价高,维修 较复杂,一般也不常用于生产装置中。 当需要改变工厂的蒸汽平衡,对装置中大型泵或需调速等特殊要求的泵, 可 采用气轮机作泵的原动机。 随着石化装置技术水平及经济性的提高, 采用反转离心泵或液力透平作为泵 的辅助或主要原动机,以回收压力液流的可用能量;采用调速或多速电机,或采 用电磁的、液力的、机械的耦合器以达到泵调速的目的等技术,近年来已应用于 石化装置。 此外,在特定的情况下,也有用蒸汽机、内燃机、燃汽机等作为泵的原动机 的。 然而,由于泥浆泵的工作环境和条件恶劣,工作于高湿度、高粉尘的环境。 根据机械设计使用手册
10、需要选择专用电动机。 电机的选择还要根据某些参数才能确定最终的电机型号计算过程如下: 由已知参数可知 P=4Mpa. 而根据公式 F=AP 可得, F=4 6 10 3.140.095 2=113354N 其中 F主轴所受的轴向力 A运动活塞的截面积 P作用在轴上的最大压力 由以上便可得主轴的转矩 T: T=Fr=11335480 3 10 =9068N.m 根据公式, P= 20M P ,可得 P= 9068 20 3.14 35 =16270 3 cm /r 其中 p为排量; M 为转矩 ; P为最大压力; 又由 Q= 1000 pr ,可得轴的转速 r= 1000Q p , r= 191
11、7 1000 16270 =117r/min; 其中 Q为流量(L/min) ; P为排量( 3 cm /r) ; 最终根据以上所求的参数,可根据公式 T=9550 p n 求得轴的输出功率 P= 9550 Tn = 9068 117 9550 =111Kw; 取每级齿轮的传动效率为 0.97,带的传动效率为 0.92。可算得电机的输出 功率为 P= 111 2 0.92 0.97 =128Kw。 一般的,Y 系列是供一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机,具有 效率高、性能好、噪音低、振动小、体积小、重量轻、运行可靠、维护方便等优 点。而 Y 系列电动机主要拥有启动转矩高、启动电流小等优
12、点。 根据以上的叙述和有关计算,决定选择 Y315M1-4 型三向异步电动机,其功 率为 132Kw,转速为 1490r/min,重量为 1100Kg. 此系列的电动机的主要特点: 1 启动转矩高、启动电流小,效率较高,损耗少,运行可靠,运行温度低; 2 由于其结构型式为封闭式,因此可以在尘土飞扬、水土飞溅的环境中使用, 在 比较潮湿及有轻微腐蚀性气体的环境中也能有较长的使用寿命。 第三章泥浆泵的一些零件的设计第三章泥浆泵的一些零件的设计 泥浆泵的发展方向是提高时效,降低成本和采用能够降低成本的新工艺、 新 技术和新装备。运用大排量高压喷射钻井工艺即是这一趋向的必然选择。高压喷 射则由高可靠性
13、的钻井泵来保证。 因此, .泥浆泵的发展趋势是:降低额定冲数, 由 150 冲/min 降到 110 一 120 冲/min,长冲程,最大冲程已达 300mm 以上。 降冲不仅可以提高易损件如活塞密封、缸套的使用寿命,而且还可以减少惯 性损失, 改善泵的吸人性能, 同时提高泵动力端齿轮、 轴承等零部件的使用寿命, 大大提高钻井泵的可靠性。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 后钻井泵设计的发展方向。 钻井行业的发展方向是提高时效,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即是这
14、一趋向的必然选择。 决定钻井泵易损件寿命和工作效率的参数为泵冲次、冲程、排出压力和吸人 压力。 这些参数与有关寿命之间的关系是指数函数。 实践表明钻井泵 80%的故障 是由于缸套活塞组的磨损引起的。 3. 3. 3. 3. 1 1 1 1 泵主要参数的合理选择泵主要参数的合理选择 泵的性能取决于泵技术参数的合理匹配。从提高泵的吸入性能出发,优化选 择泵的性能和结构参数是非常重要的。 (1)泵的额定冲次 n 钻井泵的冲次 n 是泵的主要参数之一。目前的发展趋势 是降低冲次,相同功率下,冲次高使得泵体积小,质量轻,进而制造费用、运输 费用和维护保养费用较小;冲次高则不能充分发挥三缸单作用泵的效能,
15、因此, 对冲次的选定将决定钻井泵的性能可靠性、使用性和经济性。 降低冲次可以提高泵吸人性能,特别是提高三缸泵的自吸能力。降低冲次可 延长易损件的使用寿命。钻井泵冲次的高低对易损件的寿命有很大影响。活塞失 效的主要原因是挤伤和磨损,由于活塞平均速度与冲次成正比,当冲次降低后, 活塞往复运动的速度减慢,活塞与缸套之间的摩擦功耗产生的摩擦热减少,从而 延长活塞密封的使用寿命,也提高了缸套的使用寿命。同时,十字头、导板、 阀 和阀座的寿命都有所提高。另外,冲次降低后,惯性损失减少,泵不易产生“水 击”现象,质性力减弱,将会提高泵动力端齿轮、轴承等零部件的使用寿命。 冲次冲次 泵缸横截面积:S= 2 4
16、 d = 3.14 4 x 2 0.19 =0.030685 2 m 往复频率f:f= 3 L V = 3 115 0.030685 0.5 3 m h =41.64 min 次 42 min 次 冲次 w:w=1/f=1.428S/次 上式中, L:流量; V:泵缸容积; 0.5:泵缸冲程,单位m。 推杆推力F:F=PS=4Mpa x 0.030685 2 m=122.74KN (2)泵的冲程长度泵的冲程长度是钻井泵的另一重要指标。由以上表所知, 在降低冲次的前提下,适当加长冲程长度是合理的,而且还可以进一步改善其吸 人性能。 经合理搭配泵的冲程长度,泵的额定冲次,缸套直径,在泵的理论排量、
17、 排 出压力满足钻井工艺要求的前题下使泵的惯性水头系数小于 0 . 34 m/s2 时, 能够 确保钻井泵自吸性能良好。 (3)正确设计吸人管线也是钻井泵设计的关键为保证液流与活塞同步增速, 液流需要消耗一定的能量,即称为“加速度水头损失”或“惯性损失” 。随着所 用吸人管线的形式不同,这种损失可能加大或减小。要控制惯性损失,提高泵吸 人性能,应注意以下几方面问题: 1)吸人管线应有足够的液体。 2)选用直通式泵头。 3)吸人系统应绝对密封。 3. 3. 3. 3. 2 2 2 2 钻井泵阀运动对排量的影响钻井泵阀运动对排量的影响 泵工作时排量不断变化,压力也随之变化。排量和压力的波动会降低泵
18、的机 械效率容积效率及缩短泵和管线的使用寿命,甚至导致井壁的坍塌和钻进液的 漏失。 为了减小泵的排量和压力的波动, 常用的方法是在泵的排出口安装空气包, 或在吸人口安装空气包。 泵工作时,阀盘作间歇运动。当阀盘上升时,它与阀座间有一空间,从液缸 内排出的液体有一部分储存其中,使流经阀隙的液体量小于液缸内排出液体量; 当阀盘下落时,下部空间减少,把原来储存的小部分液体排出,使流经阀隙的液 体量大于由液缸内排出的液体量。从本质上说,泵阀在阀腔内的运动效果就相当 于一台“开式”往复泵,阀盘相当于一个活塞。 对钻井泵而言,为了满足钻井工艺对排量和压力的要求,通常采用换缸套的 方法。根据泵阀理论,阀盘的
19、运动存在滞后现象,在排出过程终止时,阀盘并未 落回阀座。吸人过程开始时,阀盘在自重、弹簧力及阀盘上下压力差的作用下, 快速下落,产生冲击力。阀盘上下压力差越大,阀盘的冲击力越大,阀盘和阀座 所受的力就越大。 同样,由于泵在高压状态下使用的是小缸套,在 Q1= Fcursincot 中,F 值较 小,泵的排量变化值较大。所以在设计泵时,通常采用泵的小缸径参数。为了减 小泵阀运动对泵排量不均度的影响,应尽可能地减小阀盘的直径和运动速度, 尽 可能地使用直径较大的缸套,使 Flf 阀的值较大,也就是说,在泵的使用过程中, 尽可能使用大直径缸套,既可以提高钻井液的循环量,又可以保证泵的瞬时排量 相对稳
20、定,从而保证钻井质量。 3. 3. 3. 3. 3 3 3 3 缸筒材料选择:缸筒材料选择: 要有足够的强度,能长期承受最高工作压力; 要有足够的刚度,能够承受活塞的侧力和安装的反作用力而不至变形; 良好的耐磨性,在长期工作情况下仍能保证较高的尺寸和形位公差等级; 综合以上各条和经济性考虑,缸筒材料选为15Mn。 由 以 上 数 据 可 计 算 液 压 缸 筒 壁 厚为 :( 设0.08 0.3 D =) 由 1 机械设计手册 19-212有: max 0 max 30 0.1 29.06 420 2.33 2.33 30 5 PD mmm P = 圆整为30mm。 其中 0 :缸筒壁厚, m
21、ax P:缸内最大压力, : b n ; b :缸筒材料许用应力; n安全系数,取为5。 至此,缸筒尺寸确定:直径100mm,壁厚30mm,长L为500mm, (考虑到活 塞厚度及缓冲缸的存在,长度定为600mm) 3.43.4 吸浆管与排浆管的选择与直径计吸浆管与排浆管的选择与直径计算 3.4.13.4.1 吸浆管直径计算吸浆管直径计算 dx=(4Q /v X) 1/2=42323/(3.141360)1/2=0.19 取20mm 式中:vX液流在吸入管中的流速取 vX=1.3 m/S=13 dm/S Q 计算流量 Q= Q/ V=1917/0.825=2323L/min 3.4.23.4.
22、2 排浆管直径计算排浆管直径计算 dp=(4Q /v p) 1/2=(42323/(3.142060) )1/2=0.272mm 取30mm 式中:vp液流在排水管中的流速 取 vp=2m/S=20 dm/S 3.4.33.4.3 浆管的选择浆管的选择 根据工作压力和按上式求得的管子的内径, 选择胶管的尺寸规格。 对于频繁, 经常扭者要降低 40%。胶管在使用及设计中应注意下列事项: (1)胶管的弯曲半径不宜过小,胶管与管接头的连接处应留有一段直的部 分,此段长度不应小于关外半径的两倍。 (2)胶管的长度应考虑到胶管在通入压力液后,长度方向将发生收缩变形, 一般收缩量为管长的 3-4%。因此,
23、胶管安装时应避免处于拉紧状态。 (3)胶管在安装时应保证不发生扭转变形,为了便于安装,可沿管长涂以 色纹,以便检查。 (4)胶管的管接头轴线,应尽量放置在运动的平面内,避免两端互相运动 时胶管收扭。 (5)胶管应避免与机械上尖角部分相接触和摩擦,以免管子损坏。 3.53.5 连杆十字头连接处销子强度的计算连杆十字头连接处销子强度的计算 销的类型可根据工作要求选定,用于联结的销,其直径可根据联结的结构特 点按经验确定,必要时再作强度较核。 定位销通常不受载荷或只受很小的载荷,数目不能少于两个。销在每一个被 联结的件内的长度约为销直径的 1-2 倍,定位销的材料通常选 35、45 钢,并进 行硬化
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