往复泵动力端设计.docx

1、往复泵动力端设计往复泵动力端设计剖析泥浆泵脉冲（一）脉动分析和减震器可以帮助敏感的钻探设备的损害降到最低程度。 泥浆泵脉冲减少脉动缓冲器已经存在超过半个世纪。到现在为止，市场上一直占据着40岁的的三缸泥浆泵设计有粗糙放电和过度震动。在过去的四十年中，钻井行业有acceptedthe的泥浆泵脉冲引起的问题，他们的困难。这些问题有些是穷人遥测定向钻机及钻机在海上环境中的振动/谐波。使用脉动阻尼器或一个以上的电力驱动泵并联使用时同步泵，泥浆泵脉冲可以最小化。同步泵多个泵的冲程控制同步脉冲和脉冲的减少的共同影响，通过调度其他泵的低谷高峰，是一个过程。然而，同步泵仍有大量的泥流和振动离岸脉冲。充分提供畅

2、通传统的三缸泥浆泵已经证明是无效的，尽管应对措施。为了减少单作用三缸往复泵脉冲的原因很多，需要首先考虑这些脉动源或来源，才可以真正被最小化，在任何重大方式。泥浆泵入口脉动脉冲可能会发生的第一个地方是在吸入或泥浆的泵的进气口。泥进入进气歧管和填充衬垫。这是至关重要的打开和关闭进水阀很快，让眼线充分地填充在吸气冲程。术语“吸入”，因为可能会产生误导，将增压的泵由一个叶轮泵，所以，当活塞向后移动时，充电泵脉冲可能会发生的第一个地方是在吸入或泥浆泵入口处的。泥进入进气歧管和填充衬垫。这是至关重要的打开和关闭进水阀很快，让眼线充分地填充在吸气冲程。术语“吸力”可能会产生误导，因为泵的叶轮泵增压，因此，当

3、活塞向后移动时，电荷泵进入气缸腔推泥。由于气缸的背面行程后退，泥流，活塞移动一个非线性的速度，在零速度开始，建立到最大速度的中间附近的笔触和降回零的行程结束当内胆是充满了泥土。此正弦波速度剖面表示一个单一的汽缸在一个典型的1600马力的三缸泥浆泵的流量变化在开始从零仰泳超过三次的平均流量相同的圆筒。因此，在电荷泵此正弦波速度剖面表示一个单一的汽缸在一个典型的1600马力的三缸泥浆泵的流量变化在开始从零仰泳超过三次的平均流量相同的圆筒。因此，电荷泵提供以上的流速泵入，但它不应该是过大的，抬起吸液阀过早。高低压充注量是最优的。吸desurgers应部署在吸气歧管，活塞最高速度提供额外的圆柱腔体体积

4、，以协助电荷泵。假设填补行程达到几乎完美，只有很短，但意义重大，对脉冲将产生吸气阀打开，并盖紧。1.题目来源题目来源于生产实际。2.研究的目的和意义2.1动力端设计的目的固井作业是油田施工作业中必不可少的组成部分之一。固井泵主要用于油气田深井、中深井、浅井的各种固井作业，固井设备的性能和工作好坏是直接影响油井固井质量的重要因素。随着石油工业的发展，现场对往复泵提出了更高的要求，主要是高压力、大排量、体积小、重量轻、易维护、成本低。近年来，特别是三缸单作用柱塞泵在双机双泵固井水泥车上的应用，对减小柱塞泵体积和重量，提高其易损件的工作寿命等提出了更高的要求，这是往复泵设计制造中迫切需要解决的重要问

5、题之一。由于各种原因，国产固井泵的设计和生产技术发展较慢，使得国产固井泵因品种规格少，部分零部件可靠性不高、使用功能单一而不能满足现场生产需要，并成为制约固井设备发展的主要因素。针对这一现状开展固井泵产品设计具有一定的现实意义。本设计将通过广泛查阅、检索国内外文献资料，全面系统地了解、掌握和分析国内外固井泵的技术发展水平，找到国内固井泵存在的主要问题和发展方向。在此基础上，提出切实可行的设计方案。然后通过开展固井泵工作机理、结构及基础理论研究， 设计过程中，将传统设计方法与现代设计方法相结合，在现在固井泵的研究成果基础上，开展固井泵关键件的结构设计和理论计算，重点解决动力端体积较大，不便于车台

6、布置等问题。3.阅读的主要参考文献及资料名称1华中理工大学 朱俊华 甘肃工业大学 战长松合编.往复泵.机械工业出版社.1992.2沈雪海.往复泵设计.机械工业出版社.1987.3成大先.机械设计手册（第四版 第2卷）.化学工业出版社.2004.4万邦烈.采油机械的设计计算.石油工业出版社.1994.5华中理工大学 朱俊华.往复泵及其他类型泵.机械工业出版社.1982.6叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册（上册）.机械工业出版社.2005.7江汉石油管理局钻采设备研究所.石油钻采配件及专用工具图册（第四分册、第7分册）.石油工业出版社.1982.8西北工业大学机械原理及机械零件教研室 编著 濮

7、良贵 纪名刚 主编.机械设计（第七版）高等教育出版社.20019刘鸿文.简明材料力学.高等教育出版社.1997.10曾兴昌.HQ1400型压裂泵动力端分析与设计.西南石油大学.2006.11工程设计制图教材编写组.工程设计制图.西南石油大学.2002.12陈如恒，沈家骏.钻井机械的设计计算.石油工业出版社.1995.13华东石油学院矿机教研室石油钻采机械石油工业出版社.198014 J. L. shigley.Mechanical Enginering Design.3rd ed.McGraw-Hi 11, NewYork, 499715 E. V. Krick,An Introduction

8、 to Engineering and Engineers. Two Pennsylvania Plaza, New York, 1967.16 Fatigue Design Handbook. Society of Automotive Engineers. Two Pennsylvania Plaza, New York, N. Y,1968.17华东石油学院矿机教研室编石油钻采机械石油工业出版社：198018沈学海钻井往复泵原理与设计机械工业出版社4.国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向HT-400固井泵 1.型号 HT-400泵是固井行业应用最广泛的高压泵，效率高达95.7。2.最大工

9、作压力HFT-400泵4.5液力端的最高工作压力是11,200PSI (77.2兆帕)，在此压力最高排量取决于引擎马力，变速箱传动效率以及其他损耗，估计排量为1.1bpm (0.17M3/Min)。3.最大排量HT-400泵4.5(114.3MM) 液力端最大排量为10.5桶/分 (1.67方/分) ，双泵 量可达到21.0bpm (3.34M3/Min) 。 4.柱塞直径活塞直径是4.5(114.3MM)5.冲程冲程长度为8(203MM)6.传动齿轮T-400传动系统为钢制的蜗杆减速器和青铜涡轮组成, 减速比为8.6:1。7.最大输入速度HFT-400泵的最大轴输入速度为2,300转/分。8

10、.液力端类型HT-400泵的液力端是由三个分离的但又完全相同的液力端组成，但每段都采 用预应力处理以沿长其疲劳寿命。9.排出端接口每台泵的出口为31502丝扣接头，以及一个3到2变扣 50型活动接头。10.动力端的润滑动力端的润滑是由直接安在HFT-400泵齿轮上的内齿轮泵来进行。液力端的润滑对内部的运动部分都进行压力下的强制润滑。11.液力端的润滑液力端的密封圈和柱塞的润滑都由安在外部的气动润滑系统对每个液力端进行喷流润滑。图1.1 HT400三缸柱塞泵动力 图1.2HT400三缸柱塞泵动力端（二） 动力端分析图1.3 HT400三缸柱塞泵液力端保证蜗轮副准确啮合。曲轴用锻钢制造，有四个滚子

11、轴承支承。连杆采用锻造铝合金制作，大头为剖分式。镶有剖分青铜轴瓦，小头压入青铜衬套，磨损后可更换；十字头为铸钢加工件，上下表面装有可卸锡青铜滑履，上下导板为铸钢件，十字头在导板中运动的径向间隙为0.1520.203mm,由十字头滑板下的调节垫调整。HT400型泵的液力端有五种尺寸规格，分别是用于五种柱塞直径，有三个完全相同的单个泵头用螺栓组合于机架上。泵头毛坯是多向模锻件，阀箱内腔经过自增强处理；柱塞基体材料是退火处理的优质刚，空心柱塞，通过弹性杆穿过内孔于十字头相连；泵阀为双向导阀，锻钢件，表面渗碳淬火，阀座于阀箱的配合锥度1：8，自锁性好。近几年, 由于国内主要制造厂家的技术进步，国产固井

12、泵的设计制造水平有了长足的发展。我国固井泵的制造工艺和产品质量有很大提高,产品的类型和设备的性能基本上可以满足钻井工程的需要。 其中，生产固井泵的厂家主要有：华北石油管理局石油机械厂产品、第四石油机械厂、大港油田集团有限责任公司机械厂。下面对这些厂的产品作一简要介绍。4.1华北石油管理局石油机械厂产品图1 700型固井水泥车700型固井水泥车是在卡车上装有一台卧式三缸单作用柱塞泵的注水泥浆的设备。柱塞泵由车台上一台柴油机驱动。卡车柴油机在固井作业时不工作。该设备配有高能混浆系统，具有再循环水泥浆的功能，整车设备操作由电路系统，液压系统，气压系统及机械传动系统来实现。均集中于控制台上，由一人完成

13、，操作方便可靠，自动化程度高。该设备主要用于油气田深井、中深井、浅井的各种固井作业，可完成自制水泥浆、注水泥、替泥浆、碰压等工作。也可用于洗井和一般浅井的压裂施工。4.2第四石油机械厂的产品图2 橇装式固井设备橇装式固井设备是在橇架上布置的固井作业装置，主要由发动机、液力机械传动箱、卧式三缸柱塞泵、混浆系统、管汇系统和液气路控制系统组成，有单机单泵和双机双泵两种形式，混浆系统可选喷射式混浆方式和托拉多混浆方式，控制方式可选手动控制、ACM密度自动控制系统。该产品具有结构布局紧凑，占地空间小，吊装移运方便等特点，适应海洋、沙漠、滩涂以及井场作业空间狭小等油田的固井作业。第四石油机械厂为海洋油田设

14、计的系列海洋固井橇采用特殊的防腐、防爆处理，满足海洋平台作业的特殊要求。图3 YLC105-1340固井压裂泵车YLC105-1340型固井压裂泵车主要适用于油气田深井、中深井、浅井的各种固井压裂泵液注压作业，其主泵为3ZB-1340三缸柱塞泵，最高压力可达105MPa。整机主要由底盘、车台发动机、液力传动箱、三缸柱塞泵、高低压管汇及操作控制系统组成。适应不同类型液体的泵送作业，包括：带支撑剂压裂液的水力压裂、酸化压裂、高压泵入不同液体（液体、混合液）以及压力测试等；采用远程控制箱、仪表车或网络控制技术，保证了压裂施工的安全性和可靠性；设有双重超压保护装置4.3大港油田集团有限责任公司机械厂产

15、品图4 500型压裂车主要用于油田固井作业，可进行：施工井口管汇试压；混合并向井筒压注水泥；压注水泥（用钻井泥浆替水泥浆）；计量向井筒中压注的泥浆液；进行碰压。本产品是以载重汽车为安装机座的移运式压裂设备，具有良好的越野、行驶性能。以装置于台上的柴油发动机产生动力，由传动系统通过液力机械变速器、传动箱驱动三缸泵工作。车上还装有控制系统、润滑系统、吸入及排出管线、水箱等主要部件,可满足油田压裂作业单机或多机联合作业的要求。500型压裂车(作业车)是以载重汽车为安装基座的移动式泵注设备(也可为撬装形式)。本产品主要由以下部件组成：运载汽车、柴油机装置、机械变速箱、减速箱、压裂泵、操作系统、电器仪表

16、系统、润滑系统、吸入和排出系统。选装斯泰尔64、北方奔驰载重汽车底盘，可以按照用户要求配置其他64载重汽车底盘、拖车底盘，也可以是撬装形式。 5.主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路主要研究内容1、通过本次设计掌握机械产品设计的原则、过程及理论方法 。2、完成400型固井泵动力端结构设计。 3、完成400型固井泵动力端装配图图纸和部分零件图图纸（图纸量合计不少于2张半零号图纸）。4、完成研究报告（包括国内外现状调研、方案设计、设计计算说明书）。 5、完成相关资料的翻译。性能参数本次设计的理论参数是根据现场固井泵使用要求制定的。产品应达到如下性能参数：最大输入功率：208kW最大输入转速

17、: 362 r/min柱塞冲数：8.3冲程长度：152.4mm最高工作压力：40MPa 柱塞直径：100mm柱塞数：3标准产品应符合中华人民共和国石油天然气行业标准；石油化工往复泵工程技术规定 设计计算方法产品设计中采用的理论计算方法应符合“机械设计”、“机械零件“机械设计手册”的设计计算方法。 理论依据设计中将参考以下文献作为设计理论依据：陈如恒，沈家骏.钻井机械的设计计算.石油工业出版社.1995.华东石油学院矿机教研室石油钻采机械石油工业出版社.1980.成大先.机械设计手册（第四版 第2卷）.化学工业出版社.2004.技术路线本设计将综合运用现代机械设计理论与方法、机械设计、机械原理等

18、多学科知识，采用理论分析、计算和计算机绘图相结合的方法开展固井泵动力端的研究工作。将传统设计方法与现代设计方法有机结合，首先从调研和资料收集着手，广泛调研国内外固井泵动力端的相关文献资料，弄清国内外固井泵动力端的技术现状及下一步的发展方向；在此基础上，深入开展产品机理研究，对固井泵动力端的工作特性、运动规律和受力状况进行较为全面和系统的认识，为下一步的结构设计提供理论依据；通过对国内外固井泵结构和性能进行比较和多个设计方案对比论证，根据实际需要提出技术可行、结构先进的固井泵动力端设计方案和技术参数；采用计算机辅助设计（ CAD）方法，对主要零部件进行结构设计。最终设计出结构合理、性能优良、可靠

19、性好的固井泵动力端产品，以满足高速发展的现代固井工业的需要。 本次设计的技术路线：国内外市场调研及现状分析固井泵动力端工作原理分析固井泵动力端结构方案设计固井泵动力端理论设计计算固井泵动力端结构设计绘制图纸、撰写论文。可行性分析 固井作业是油田施工作业中必不可少的组成部分之一。固井泵主要用于油气田深井、中深井、浅井的各种固井作业，固井设备的性能和工作好坏是直接影响油井固井质量的重要因素，我国科学工作者在实验研究、理论研究方面作了大量的工作，已取得了大量成果。本设计通过收集、查阅资料，在现有固井泵的研究基础上开展400型固井泵动力端的设计工作是可行的。技术难点传统固井泵体积庞大笨重，不宜在车台上

20、安装，如何减小固井泵体积，合理设计动力端结构是本设计中的难点和关键点。同时，由于柱塞泵的设计理论还不完善，对关键零件结构参数的确定还没有具体的方法，因此，关建零件结构参数的确定也是是本设计中的难点和关键点之一。6.完成毕业设计所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法6.1 必须具备的条件 （1）设计中需要参考大量的有关机械设计的参考书，其中主要用到的书目如下：机械设计、机械原理、机械设计手册、互换性与技术测量、加工技术与装备 （2）需要掌握加工机械，传动装置的设计相关知识 （3）保证足够的上机时间 （4）熟悉使用CAD,，ANSYS等画图软件6.2 解决办法（1）到图书馆借阅相关参考资料和工具书（2）在参考书上重点了解跟课题相关的知识，为后续的设计做准备（3）经常上机查阅近年来的一些文献论文，以作参考（4）努力加强绘图和绘图软件的能力，为以后的装配图做好准备7.毕业设计的时间过程安排第 12 周 完成前期资料调研，完成开题报告； 第 34 周 完成400型固井泵动力端的结构方案设计； 第 56 周 完成400型固井泵动力端的理论计算； 第 710 周 完成400型固井泵动力端的结构设计； 第 11 周 论文撰写；第 12 周 资料整理，准备论文答辩。 8 指导老师审查意见