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本科畢業(yè)設計說明書 題 目： 3NB1300 鉆井泥漿泵 動力端的設計 院 （部）： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 完成日期： I 目 錄 摘 要 .- 1 - ABSTRACT .- 2 - 1 前 言 .- 3 - 1.1 課題的背景及研究意義 .- 3 - 1.2 鉆井泥漿泵的現(xiàn)狀與趨勢分析 .- 4 - 1.2.1 我國泥漿泵的現(xiàn)狀 .- 4 - 1.2.2 國外泥漿泵現(xiàn)狀 .- 4 - 1.2.3 鉆井泥漿泵的發(fā)展趨勢 .- 5 - 2 鉆井泥漿泵的總體設計 .- 9 - 3 鉆井泥漿泵動力端的總體設計 .- 11 - 3.1 動力端的結構 .- 11 - 3.1.1 有曲柄軸的結構 .- 11 - 3.1.2 有偏心輪的結構 .- 12 - 3.2 動力端軸承的選用和壽命計算 .- 12 - 3.2.1 主動軸和被動軸軸承的選用 .- 12 - 3.2.2 連桿兩端軸承的選用 .- 13 - 3.2.3 鉆井泵軸承壽命計算 .- 15 - 3.3 連桿、十字頭和導板 .- 18 - 3.4 泵內齒輪 .- 19 - 3.4.1 傳動齒輪的設計 .- 21 - 3.4.2 被動軸軸的設計 .- 26 - 3.5 傳動端的密封和潤滑裝置 .- 28 - 4 動力端常見故障及處理 .- 31 - 4.1 軸承常見故障 .- 31 - 4.2 齒輪常見故障 .- 32 - 4.3 十字頭部分常見故障 .- 33 - II 4.4 連桿部分的常見故障 .- 33 - 5 總 結 .- 35 - 謝 辭 .- 36 - 參考文獻 .- 37 - - 1 - 3NB1300 鉆井泥漿泵動力端的設計 摘 要 通過對國內外鉆井泥漿泵現(xiàn)狀的分析，闡述了鉆井泥漿泵的發(fā)展方向，以及研制輕 便鉆井泥漿泵過程中應采用的新工藝、新方法和新技術，并展望了輕便鉆井泥漿泵的廣 闊前景。 本文對 3NB-1300 鉆井泥漿泵進行詳細的結構設計與分析，重點是對泥漿泵的動力 端進行設計與計算。通過本文我們首先認識了解了 3NB-1300 鉆井泥漿泵總體結構和工 作原理，從而引出當前結構不合理問題，然后主要以沖程短、泵壓偏低為出發(fā)點,根據(jù) 泥漿泵的工作原理,經對有關部分進行分析、計算, 對泥漿泵進行結構設計，以滿足現(xiàn) 代泥漿泵的鉆井工藝。 關鍵詞：泥漿泵；動力端；鉆井工藝；工作原理 - 2 - 3NB-1300 Mud Pump -Design of the Power System ABSTRACT Through analyzing the state of mud pump all over the world, this thesis elaborates the developing direction of mud pump, and analyzes the new method and technology of manufacturing the portable mud pump. Moreover, this thesis forecasts the broad prospects of the portable mud pump. This thesis analyzes the overall structure of 3NB-1300 mud pump, and designs the power system. In this thesis, the overall structure and the operating principle of 3NB-1300 mud pump can be firstly understood. Accordingly, this thesis raises the irrational structure of mud pump. Aim at the short stroke of punch and low pump pressure, this thesis analyzes and computes the structure of power system at the basis of the operating principle of mud pump, to meet the drilling technology of the modern mud pump. Key Words: Mud Pump; Power system; Drilling technology; Operating principle - 3 - 1 前 言 1.1 課題的背景及研究意義 泥漿泵是在鉆井過程中，將泥漿加壓后攜帶出井底的巖屑和供給井底動力鉆具的動 力，向井底輸送和循環(huán)鉆井液的往復泵。泥漿泵的主要作用是利用鉆井沖洗液（統(tǒng)稱泥 漿）使井筒內外的循環(huán)，沖洗井底，冷卻鉆頭，并把巖屑攜帶到地面。在采用井下水力 鉆具（如渦輪鉆具或螺桿鉆具）時，利用沖洗液傳遞能量，推動井下水力鉆具旋轉。采 用噴射式鉆頭，由鉆頭水眼噴射出高速沖洗液，有利于破碎巖層，提高鉆井速度。為了 實現(xiàn)高壓噴射鉆井，對鉆井泥漿泵提出了更高的要求，使用好、保養(yǎng)好泥漿泵的各部分， 延長各個易損件的工作壽命，保證泥漿泵優(yōu)良的技術狀況，也是很重要的。由于石油礦 場上使用往復泵的條件十分惡劣，提高其易損件（泵閥，活塞和缸套）的工作壽命，成 為泥漿泵設計、制造和使用中迫切需要解決的問題。近幾年，為了加快鉆井速度，降低 鉆井成本，延長鉆頭使用壽命，國內外在泥漿泵的理論和試驗研究、設計制造和選擇使 用等方面做了許多工作，對鉆井泵進行了多次改型換代，各種新型鉆井泵也不斷研制成 功。但其基本結構均未擺脫曲柄連桿機構的傳統(tǒng)方式，在結構上沒有根本變化，因而現(xiàn) 有的鉆井泥漿泵不能完全滿足鉆井作業(yè)的需要，因而必須尋求具有更好工作性能和合理 結構的鉆井泵以滿足石油勘探開發(fā)使用的要求。 隨著改革開放的深入及中國加入世貿組織，我國石油鉆井隊伍“充分利用國內外 兩種資源、兩個市場” ，實施走出去的戰(zhàn)略，進入國際鉆井市場，為了滿足參與國際市 場的需要，中石油、中石化都在不斷加大鉆井設備的投入，同時加快老鉆井機的更新改 造和新型輕便鉆井機研制步伐，隨著國際市場對鉆井泵的需求增大，使得鉆井泵的供求 矛盾更加突出，各類型鉆井泵的缺口每年達 200 臺左右。 現(xiàn)如今國內外鉆井泥漿泵主要存在 5 方面的問題，即，鉆井泵質量大，制約鉆機的 移運性，難以適應現(xiàn)代輕便鉆機的要求；沖程短，沖次高，鉆井泵在不合適的沖次范圍 內工作，致使液力端壽命短；泵壓偏低，不能完全滿足現(xiàn)代鉆井工藝的需要；結構不合 理，部分強度冗余，部分剛度不足，可靠性低，難以滿足鉆井機高可靠性要求；缸套壽 命短，難以滿足鉆機高效率要求。因此，合理降低泵的沖次，適當增加泵的沖程長度， 既滿足鉆井過程中的排量要求，又能確保泵的自吸性能，充分發(fā)揮了泵的功效，成為今 后鉆井泵的設計方向。 - 4 - 1.2 鉆井泥漿泵的現(xiàn)狀與趨勢分析 1.2.1 我國泥漿泵的現(xiàn)狀 輕便鉆井泵功率在 955kW 以下，主要配套于 4000m 以下鉆機，因此，輕便鉆井泵的 市場前景基本依從于 4000m 以下鉆機的使用現(xiàn)狀和發(fā)展。根據(jù) 2000 年的統(tǒng)計，中國擁 有鉆機 1000 余臺，占世界鉆機總量的 32%，其中，中石油集團公司擁有 702 臺，因此， 中石油集團公司的鉆機的情況基本反映了國內鉆機的現(xiàn)狀。在中國石油集團公司擁有的 702 臺鉆機中，4000m 以下的鉆機占總量的 80%。平均新度系數(shù)僅為 0.4，其中 48%的鉆 機新度系數(shù)小于 0.3,有 500 臺左右的鉆機服役 10 年以上，期待更新。在“十五”期間， 中石油集團公司投入巨資更新鉆機，隨之配套的鉆井泵相應也需要更新。據(jù) 2000 年統(tǒng) 計，中國石油集團公司年累計完成井數(shù)為 7165 口，進尺數(shù)為 10908km，其中井深小于 4000 m 的井數(shù)和進尺數(shù)分別為 7056km 和 10383km，所占比例分別為 98.5%和 95.2%。 從以上分析數(shù)據(jù)可知，在用鉆機主要為 4000 m 以下鉆機。 國內生產鉆井泵的企業(yè)主要有:寶雞石油機械廠、蘭州石油機械廠等，但由于各自 產品為多年前開發(fā)，結構不盡合理，難以滿足現(xiàn)代鉆井工藝要求。目前 ，三缸單作用 往復式鉆井泵存在以下主要問題。 (1) 鉆井泵質量大，難以適應現(xiàn)代輕便鉆機的要求，制約著鉆機的移運性。 (2) 沖程短，沖次高鉆井泵在不適合的沖次范圍內工作，致使液力端壽命短。 (3 )泵壓偏低，不能完全滿足現(xiàn)代鉆井工藝的需要。 (4) 結構不合理，部分強度冗余，部分剛度不足，可靠性低，難以滿足鉆機高可靠性要 求。 (5) 缸套壽命短，難以滿足鉆機高效率要求。 1.2.2 國外泥漿泵現(xiàn)狀 美國鉆井泵大量采用三缸單作用泵，其結構特點：泵的液力端、閥箱采用 L 型，閥 箱的吸入閥和排出閥為分體結構，吸入閥采用螺紋壓緊，其殼體與閥箱螺紋連接，球形 吸入空氣包。泵機座多為焊接結構，小齒輪用鍵固定在傳動軸上，大齒輪套安裝在曲軸 上。曲軸采用直軸與偏心輪一起鑄造的結構。軸承采用雙列向心球面調心軸承。十字頭 滑動面經表面淬火磨削。齒輪采用斜齒或無槽人字齒輪。為了加強易損件的互換，閥腔 和活塞桿制定了相應的標準。隨機輔助工具齊全，有閥座液壓拉拔器液壓拆卸器、缸套 - 5 - 拆卸器等。 俄羅斯三缸單作用鉆井泵的結構特點：俄羅斯三缸泵的液力端，閥箱采用I形直通 式和L形，閥箱的吸入閥和排出閥不是分體結構，而是一體式液力模塊。L形閥箱又有吸 入閥在前、排出閥在后的常規(guī)型和吸入閥在后、排出閥在前的變L形結構。 動力端機座有鑄件和焊接件，傳動采用小螺旋角斜齒輪傳動和寬槽人字齒輪。曲軸 是由鑄造的偏心輪套在直軸上組成的。采用雙列圓錐滾子軸承。十字頭滑動面經表面淬 火磨削。介桿采用雙室密封。隨機輔助工具齊全，有閥座液壓拉拔器、液壓拆卸器、缸 套拆卸器等。 總的來說，國外三缸泵易損件的使用壽命較低。與先進水平相比，尚有不小差距。 然而，由于其三缸泵多數(shù)運轉速度較小(如額定速度為135r/min的泵，經常以70- 80r/min運轉)，而且傳動可以調速，因此，泵的功效發(fā)揮較好。 1.2.3 鉆井泥漿泵的發(fā)展趨勢 隨著鉆井工藝技術，特別是高壓噴射鉆井、近平衡鉆井、叢式定向井、水平井等新 工藝、新技術的發(fā)展，鉆井泵進一步向大功率、大排量和高泵壓方向推進，作為鉆機 “心臟”的鉆井泵，其性能水平和使用壽命同鉆井速率和生產成本有著直接關系，同時 其工作條件又十分惡劣，工況也異常復雜，因此，對鉆井泵工作的可靠性和安全的要求 也越來越高。 多年來鉆井的實踐證實，只有臥式活塞泵能滿足鉆井工藝要求，鉆井使用的活塞泵 傳動功率由300kW到2000kW，最大排量8-50L/s，最小排量下的最高壓力為9-40MPa。從 排量的均衡性，對不同結構泵排量的不均勻度進行分析。結果表明，曲柄錯角120的 三缸泵比其他曲柄錯角的多缸泵都有利;三缸以上的泵由于結構復雜，維修困難和易磨 損而難以廣泛應用。近年相繼開始研制出5缸、7缸斜盤型軸向柱塞泵、雙缸單作用液壓 鉆井泵等新型鉆井泵，但由于維修不便及使用壽命等因素限制了其推廣應用。所以目前 國內外鉆井泵的主要形式仍為三缸單作用往復泵。 國內外三缸泵的優(yōu)點有:液力端L形結構，復合錐面閥膠皮，冷卻缸套活塞的內孔噴 射移動式噴淋裝置，直立式吸入空氣包;動力端的體外強力潤滑系統(tǒng)，閉式內固定導板 機構。鉆井技術的發(fā)展方向是提高時效，降低成本和采用能夠降低成本的新工藝、新技 術和新裝備。運用大排量高壓噴射鉆井工藝即是這一趨向的必然選擇。高壓噴射則由高 可靠性的鉆井泵來保證。因此，鉆井泵的發(fā)展趨勢是:降低額定沖數(shù)，由150沖/min降 - 6 - 到110一120沖/min,長沖程，最大沖程已達300mm以上。降低沖次，降低沖次不僅可 以提高易損件如活塞密封、缸套的使用壽命，而且還可以減少慣性損失，改善泵的吸入 性能，同時提高泵動力端齒輪、軸承等零部件的使用壽命，大大提高鉆井泵的可靠性。 因此合理降低泵的沖次，適當增加泵的沖程長度，既滿足鉆井過程中的排量要求，又能 確保泵的自吸性能，充分發(fā)揮了泵的效能，成為今后鉆井泵設計的發(fā)展方向。 1.3 研究內容與關鍵技術 鉆井行業(yè)的發(fā)展方向是提高時效，降低成本和采用能夠降低成本的新工藝、新技術 和新裝備。運用高速高壓噴射鉆井工藝即是這一趨向的必然選擇。 決定鉆井泵易損件壽命和工作效率的參數(shù)為泵沖次、沖程、排出壓力和吸人壓力。 這些參數(shù)與有關壽命之間的關系是指數(shù)函數(shù)。實踐表明鉆井泵80%的故障是由于缸套活 塞組的磨損引起的。 1.3.1鉆井泥漿泵主要參數(shù)的選擇 鉆井泵的性能取決于鉆井泵技術參數(shù)的合理匹配。從提高泵的吸入性能出發(fā)，優(yōu)化 選擇泵的性能和結構參數(shù)是非常重要的。 （1）泵的額定沖次n ：鉆井泵的沖次n是泵的主要參數(shù)之一。目前的發(fā)展趨勢是降 低沖次，相同功率下，沖次低使得泵體積小，質量輕，進而制造費用、運輸費用和維護 保養(yǎng)費用較小;沖次高則不能充分發(fā)揮三缸單作用泵的效能，因此，對沖次的選定將決 定鉆井泵的性能可靠性、使用性和經濟性。 降低沖次可以提高泵吸入性能，特別是提高三缸泵的自吸能力。降低沖次可延長易 損件的使用壽命。鉆井泵沖次的高低對易損件的壽命有很大影響?；钊У闹饕?是擠傷和磨損，由于活塞平均速度與沖次成正比，當沖次降低后，活塞往復運動的速度 減慢，活塞與缸套之間的摩擦功耗產生的摩擦熱減少，從而延長活塞密封的 使用壽命，也提高了缸套的使用壽命。同時，十字頭、導板、閥和閥座的壽命都有所提 高。另外，沖次降低后，慣性損失減少，泵不易產生“水擊”現(xiàn)象，慣性力減弱，將會 提高泵動力端齒輪、軸承等零部件的使用壽命。 （2）泵的沖程長度：泵的沖程長度是鉆井泵的另一重要指標。由相關資料可知，在 降低沖次的前提下，適當加長沖程長度是合理的，而且還可以進一步改善其吸入性能。 經合理搭配泵的沖程長度，泵的額定沖次，缸套直徑，在泵的理論排量、排出壓力滿足 鉆井工藝要求的前提下使泵的慣性水頭系數(shù)小于 時，能夠確保鉆井泵自吸性能2m/s 0.34 - 7 - 良好。 （3）正確設計吸入管線：正確設計吸入管線也是鉆井泵設計的關鍵，為保證液流與 活塞同步增速，液流需要消耗一定的能量，即稱為“加速度水頭損失”或“慣性損失” 。 隨著所用吸入管線的形式不同，這種損失可能加大或減小。要控制慣性損失，提高泵的 吸入性能，應注意以下幾方面問題。 1) 吸入管線應有足夠的液體。 2) 選用直通式泵頭。 3) 吸入系統(tǒng)應絕對密封。 1.3.2鉆井泥漿泵運動對排量的影響 鉆井泵工作時排量不斷變化，壓力也隨之變化。排量和壓力的波動會降低泵的機械 效率、容積效率及縮短泵和管線的使用壽命，甚至導致井壁的坍塌和鉆進液的漏失。為 了減小泵的排量和壓力的波動，常用的方法是在泵的排出口安裝空氣包，或在吸入口安 裝空氣包。泵工作時 ，閥盤作間歇運動。當閥盤上升時，它與閥座間有一空間，從液 缸內排出的液體有一部分儲存其中，使流經閥隙的液體量小于液缸內排出液體量;當閥 盤下落時，下部空間減少，把原來儲存的小部分液體排出，使流經閥隙的液體量大于由 液缸內排出的液體量。從本質上說，泵閥在閥腔內的運動效果就相當于一臺“開式”往 復泵，閥盤相當于一個活塞。對鉆井泵而言，為了滿足鉆井工藝對排量和壓力的要求， 通常采用換缸套的方法。根據(jù)泵閥理論，閥盤的運動存在滯后現(xiàn)象，在排出過程終止時， 閥盤并未落回閥座。吸入過程開始時，閥盤在自重、彈簧力及閥盤上下壓力差的作用下， 快速下落，產生沖擊力。閥盤上下壓力差越大，閥盤的沖擊力越大，閥盤和閥座所受的 力就越大。同樣，由于泵在高壓狀態(tài)下使用的是小缸套，在 中，F(xiàn)1rsintQ 值較小，泵的排量變化值較大。所以在設計泵時，通常采用泵的小缸徑參數(shù)。為了減小 泵閥運動對泵排量不均度的影響，應盡可能地減小閥盤的直徑和運動速度，盡可能地使 用直徑較大的缸套，使F/f閥的值較大，也就是說，在泵的使用過程中，盡可能使用大 直徑缸套，既可以提高鉆井液的循環(huán)量，又可以保證泵的瞬時排量相對穩(wěn)定，從而保證 鉆井質量。 本文主要完成 3NB-1300 鉆井泥漿泵動力端設計。設計原始參數(shù)為： 泵型：臥式三缸單作用 輸入功率：956 千瓦 - 8 - 齒輪傳動比：I=128/35=3.657 主動軸額定轉速：437.77 轉/分 外形尺寸（長*寬*高）：5050*2406.5*2655 總質量（包括皮帶輪、予壓空氣包和噴淋系統(tǒng)）：22300Kg； 通過與其他一些系列的鉆井泵型號與參數(shù)進行對比，可以得出 3NB1300 鉆井泵沖 程長度長，額定沖次低，最高工作壓力大，外形尺寸大，并且質量重。通過對鉆井泵工 作原理及工作環(huán)境的了解，可以知道因鉆井泵與泥漿接觸，在工作過程中一直受著強烈 的磨粒磨損，使其壽命低，原材料大量消耗，生產設備時嚴重浪費，維修費用大量增加， 鉆井效率大幅度降低，因此在對動力端進行設計時要將這些因素考慮在內。 1.了解鉆井泥漿泵的基本構成及工作原理，熟悉其設計、生產的基本知識。 2.進行鉆井泥漿泵動力端的設計。 3.畢業(yè)設計說明書。 本次設計基本要求為： 1.能獨立進行設計計算、分析、繪圖、數(shù)據(jù)處理、撰寫技術報告。 2.掌握工程技術設計的基本方法，學會調查研究，查閱技術文獻、資料、手冊、工 具書等。 3.使用 Solid Works 進行泥漿泵動力端零部件及裝配設計。 4.進行指定部件設計，圖紙表達完整，符合國家標準。 - 9 - 2 鉆井泥漿泵的總體設計 3NB-1300 鉆井泥漿泵主要有動力端、泵殼、液力端三大部分組成，如圖 2.1 所示： 圖 2.1 3NB-1300 泥漿泵示意圖 從結構性能上看, 這種泵應將目前世界上三缸泵的先進技術溶合到設計中, 以高科 技、機電一體化、智能化等先進性能去贏得市場。所以國產3NB-1300 型泵必須具備以 下特點。 a) 最高泵壓必須達到45MPa。 b) 液力端應是活塞、缸套與柱塞、盤根2 種形式并存, 當泵壓超過42M Pa 時, 采用 柱塞盤根結構。 c) 高壽命的易損件是獲得良好經濟效益的前提條件。用新材料、新工藝來解決易損件 壽命短的問題。 d) 液力端結構采用L 型為佳, 便于維修或更換易損件, 液缸內表面要進行自增強理。 e) 動力端的各傳動元件應有良好的耐磨、抗沖擊及抗疲勞性能, 保證各元件壽命超過 15000h。齒輪軸和大齒圈要進行整體加工, 以保證齒輪副的精度, 減小泵的體積。 f ) 動力端的所有運動零件都要有壓力循環(huán)的潤滑系統(tǒng), 并具有欠壓及超壓的報警系統(tǒng)。 - 10 - g) 泵主機質量應控制在40t 以內。 鉆井泥漿泵在海上油田的采用, 勢必擴展到陸上超深井和水平井鉆機上, 就像過去 三缸單作用泵在海洋鉆機上替代雙缸雙作用泵一樣, 形成一場革命, 很快擴展到陸地鉆 機。隨著泵壓的升高, 對鉆機中各類鉆具的性能要求也將隨之提高。本文對泥漿泵動力 端進行總體設計。 - 11 - 3 鉆井泥漿泵動力端的總體設計 3.1 動力端的結構 動力端主要包括：主軸、被動軸、齒輪副、連桿、十字頭和中間拉桿等幾部分。鉆 井泥漿泵動力端又因其主軸對連桿相互位置的不同而分為兩大類：有曲柄軸的結構和有 偏心輪結構。 3.1.1 有曲柄軸的結構 在此結構中，曲柄軸上使用鍵裝著可拆卸的曲柄。人字齒或斜齒的圓柱齒輪副，位 于兩主軸承之間。連桿大頭尺寸較小，便于檢修。這種結構比較堅固，但存在的缺點是： 由于齒輪和曲柄銷之間，要裝兩幅軸承和曲柄夾板，致使兩個液缸中心距增大，從而增 加了泵的寬度和重量；換主軸承時，須先拆曲軸。NB1-470 泵采用這種結構，如圖 3.1 所示。 圖 3.1 NB1-470 泵示意圖 - 12 - 3.1.2 有偏心輪的結構 在這種結構中，連桿是由主軸上的偏心輪帶動的。這種結構使液缸中心距縮小到 最小，因此大大減少了泵的寬度和重量；主軸承上的負荷也較第一種結構小。這種結構 的強度最好，工作可靠，維修方便，但制造較復雜，而且需要大直徑的滾動軸承。但隨 著大直徑滾動軸承的解決，這一結構得到了非常廣泛的應用。本文設計的 3NB-1300 鉆 井泥漿泵就是采用這種結構。 3.2 動力端軸承的選用和壽命計算 查閱資料，確定 3NB-1300 鉆井泥漿泵動力端的總體結構，進行運動和動力計算。 結構如圖 3.2 所示： 圖 3.2 泥漿泵動力端的總體結構 3.2.1 主動軸和被動軸軸承的選用 各個廠生產的三缸泵動力端中，主動軸、減速齒輪、被動軸、連桿和十字頭等的布 - 13 - 置都是相似的。但是，要注意軸承的選用。鉆井泥漿泵動力端內的軸承全部都是滾子軸 承，對兩根軸的支撐軸承，目前絕大多數(shù)生產廠是選用短圓柱滾子軸承作為主動軸的支 承；選用調心滾子軸承作為曲軸的支承，這種設計是合理的，使用中問題較少。主動軸 的短圓柱滾子軸承較易實現(xiàn)軸向移動，有利于人字齒輪的均勻嚙合；被動軸的調心軸承 承載能力高、耐沖擊。國民公司的三缸泵，其主動軸選用調心軸承，使用表明，這種軸 承組合不盡合理，因為調心軸承在軸向不能游動，人字齒輪常發(fā)生偏磨；，礦場維護困 難。表 3.1 是幾種泵選用軸承的類型和尺寸。 表 3.1 泵選用軸承的類型和尺寸 泵 型 號 類 型 內 徑 外 徑 寬 度 動負荷能力 主動 軸軸 承 10-P-130 FA-1300 3NB-1300 調心 短圓滾子 短圓滾子 220 220 220 370 350 460 120 98.4 145 - 1246 1450 被動 軸軸 承 10-P-130 FA-1300 3NB-1300 雙列錐滾 調心滾子 調心滾子 368.75 300 300 522 500 500 216 160 160 3382 2273 1726 鉆井泵被動軸和主動軸的軸承承載受較重和帶有沖擊的負荷，故軸與軸承內圈的配 合易選得緊些，一般選用 m6 配合。軸承套和軸承外圈的配合可選 H7 或 M7. 3.2.2 連桿兩端軸承的選用 連桿大端都選用大直徑的短圓柱滾子軸承。連桿小端則有兩種設計。多數(shù)泵采用 圖 3.3 所示的設計，十字頭銷固定在十字頭上，連桿小端通過一個雙列長圓柱滾子軸承 在銷上擺動。我國和羅馬尼亞的部分泵采用圖 3.4 的設計，連桿小端與銷的中段用鍵固 定在一起，銷的兩端通過一對短圓柱滾子軸承裝在十字頭體的兩側上。 - 14 - 1.下導板座 2.下導板 3.十字頭體 4.十字頭銷 5.雙列長圓柱滾子軸承 6. 連桿小端 7.上導板 8.上導板座 9.移動潤滑油管 圖 3.3 埃姆斯科泵連桿小端與十字頭的聯(lián)接 1.連桿小端 2.鍵 3.十字頭 4.介桿 5.十字頭銷 - 15 - 圖 3.4 3NB-1300 型泵連桿小端與十字頭的裝配關系 部分國產泵的連桿大端的軸承在使用不久后出現(xiàn)所謂“跑圈”現(xiàn)象，即軸承內外圈 的配合松動，發(fā)生滑動。其主要原因是配合選擇不當。連桿大端軸承承受很重的脈動變 載荷。而其內、外圈都是薄壁套圈。若仍選取與小直徑軸承相同的配合公差，計算和實 際使用都表明是不恰當?shù)?，尤其是內圈和偏心軸頸不能抱緊；即使剛裝上去時能抱緊， 在脈動的重載荷下工作一段時間后，由于薄壁內圈的變形，配合也會松動。 即與軸承內圈結合的偏心軸頸應選用 r7 配合，與軸承外圈結合的連桿大端內孔應 選用 N7 配合。并在裝配后加壓板使內外圈軸向固定。裝配后，連桿大端軸承的徑向游 隙以在 0.06-0.16mm 之間為宜。按使用經驗，裝配后的徑向游隙愈小愈好，可以至零。 但我國的軸承精度較低，泵工作時油溫較高，游隙不宜過小。 3.2.3 鉆井泵軸承壽命計算 鉆井泵滾動軸承的正常失效原因有兩種，即軸承滾動體表面疲勞破壞和滾動體表 面磨損。在密封和潤滑條件良好的情況下，失效形式是疲勞剝落；反之則是因滾動表面 磨損到一定程度后軸承游隙過大而失效。以磨損失效的軸承壽命要短于因疲勞失效的軸 承壽命。在我國礦場，以磨損破壞居多。造成軸承磨損的主要因素有： （1）軸承滾子和跑道間潤滑不足而造成粘著磨損； （2）軸中雜物和塵埃，特別是齒輪表面剝落的金屬磨屑使軸承滾動面發(fā)生磨料磨損； （3）混入潤滑油中的水分和其它腐蝕液使?jié)L動體表面銹濁而剝落。 目前還沒有滾動軸承磨損壽命計算的可靠方法，只有個別軸承廠提出的估算方法。 但以疲勞破壞為條件的滾動軸承壽命計算則早已獲得公認，并應用了可靠性的設計方法。 滾子軸承的額定壽命 （3.1） 3.pd6fn01CLA 式中 -可靠度為 90%的軸承的額定的疲勞壽命，也稱 B-10 壽命。按軸承設AL 計的習慣，此處 的單位為 h（小時） ； -所選軸承的額定動載荷。dC - 16 - -軸承所受的動負荷。如果工作過程中負荷是變化的，則應求得平均當P 量動負荷； -附加負荷系數(shù)。在鉆井泵軸承計算中，對傳動軸承，因皮帶或鏈條傳pf 動引起的附加負荷較大，取 =1.8；對其它軸承，取 =1.2.pf pf 設計鉆井泵時，被動軸、主動軸和連桿兩端軸承的選用基本上決定于這些零件的結 構尺寸。一般，主動軸和連桿上滾子軸承可有足夠高，即 30000h 以上的 B-10 壽命。但 被動軸軸承的壽命可能較低，有時需要適當加大軸頸尺寸或選用較寬系列的軸承。 計算被動軸軸承的壽命。設泵為正轉。先求平均當量動負荷 P，即左、右軸承支反 力 、 的平均當量動負荷 、 中的大者。1F21P2 （3.2） 3.13601i.i1PF 式中 在泵的每一次沖擊中，對應于間隔為 每一次曲軸轉角的 值。3.i1F011F 同理， 3.13601i.i22P （3.3） 、 在一沖中的變化如圖 3.5 所示。由式（3.2）和式（3.3）算得 =538KN,1F2 1P =528KN,故 = =538KN.2PP1 - 17 - a.左軸承支反力 b.右軸承支反力1F 2F 圖 3.5 某 N=1180kw 的三缸泵的曲軸軸承支反力 當然，計算軸承的平均當量動負荷時也可適當將被動軸轉角間隔加大，例如，加大 到 6，同時將式（3.2）和式（3.3）中的 360 換為 60。由上圖可以看出，被動軸軸承 支反力是每 60一階躍，故當手算時可將計算間隔加大到 60，一沖中取 6 點反力值 而求其均 3.3 次方根值，結果也是令人滿意的。 被動軸軸承的轉數(shù) 可代之以鉆井泵的額定沖次數(shù) 或實際常用工作沖次數(shù) ，dnan0n 視實際情況而定。在本例計算中，取 =90r/min。dn 根據(jù)軸的初定尺寸，選取 3660 調心滾子軸承為被動軸軸承。它的內徑為 300mm， 外徑 620mm，寬度為 185mm，額定動負荷 =2860KN.dC 于是，本例中曲軸軸承的 B-10 壽命為： =25000 h 3.61.2x58090AL 根據(jù)滾動軸承疲勞壽命可靠性的研究，軸承失效概率近似地服從二參數(shù)威布爾分 布。對所選軸承，如果工作時有理想的潤滑和密封條件，則壽命不足 25000h 的占 10%，壽命在 25000h 至 100000h 的占 50%，其余 40%的壽命則高于 100000h。按鉆井 泵每年工作 3000h 計算，軸承壽命為 25000h 時可工作 8 年，壽命為 100000h 時可工作 33 年。但在野外工作的鉆井泵的實際潤滑和密封條件或多或少總有不利因素，部分軸 承是因磨損而失效的，壽命達不到那么高。美國鉆井泵軸承平均壽命可達 10 年至 15 年。 - 18 - 3.3 連桿、十字頭和導板 圖 3.6 是常見的三缸泵連桿設計。連桿有兩種方法制造：一種是鑄造的，另一種 是用厚鋼板做毛坯。這兩種連桿的大、小端都是封閉環(huán)。大、小端之間的部分稱為桿身。 大、小端的中心距稱為連桿長度，與 值有關；而大、小端的直徑決定于軸承的選用， 故鉆井泵連桿的尺寸基本上決定于結構設計。 實際使用中尚未發(fā)現(xiàn)連桿因強度不夠或失穩(wěn)而破壞的情況。三缸泵連桿的桿身在排 出沖程時應校核它的疲勞強度。在一些文獻中給出了以材料力學連桿計算公式為基礎的 大、小端環(huán)部應力計算公式。但是，應力測試和有限元法計算結果都指出，因桿身和大、 小端的過渡處有應力集中，此處的應力最高。根據(jù)有限元法的初步計算結果，三缸泵連 桿上危險點的疲勞安全系數(shù)可達 3 以上。連桿在加工后應進行超聲波探傷。 圖 3.6 材料為 ZG35CrMo 三缸泵的連桿 圖 3.7 為 3NB-1300 型泵的十字頭體。從工藝的角度看，十字頭和導板這兩個零件 的毛坯只能是鑄件。而鑄鐵的減摩性、抗磨性和承受壓力的特點也正好和這兩個零件的 受力特點相吻合。導板的材料一般選用牌號為 HT200、HT250 的灰鑄鐵。十字頭體與介 桿聯(lián)結的螺紋處需要一定的強度，故十字頭一般選用 QT600-2、QT500-5 球墨鑄鐵或 KTZ550-04 可鍛鑄鐵，也有選用 35CrMo 鑄鋼的。 對大功率鉆井泵，還可考慮在十字頭體上鑲滑板，以免十字頭體這一大件以外損傷 報廢?；宓牟牧蠟榍嚆~或灰鑄鐵。 裝配時，在導板下加墊片，以調整十字頭和導板間的間隙。若使十字頭座在下導板 上，上導板與十字頭的間隙應為 0.25-0.4mm。 - 19 - 圖 3.7 3NB-1300 型泵的十字頭 3.4 泵內齒輪 現(xiàn)有鉆井泵的傳動齒輪多采用漸開線齒形。圓弧齒輪齒面承載能力強，其接觸沿齒 高為線接觸，當受載變形后為一塊接觸區(qū)面，接觸強度遠遠大于漸開線齒輪；圓弧齒輪 在嚙合過程中，接觸點沿嚙合線作軸向移動，即齒面之間相對滾動，這對建立油膜極為 有利，較厚的油膜不僅可提高齒面的接觸強度，而且可減少摩擦磨損，提高傳動效率。 為了獲得所需要的泵沖次，鉆井泵傳動端內有一對減速齒輪。速比多數(shù)為 2.5-5， 在三缸泵中，除美國油井公司一家采用斜齒輪外，國內外其它泵均采用人字齒輪。油井 公司斜齒輪的節(jié)圓螺旋角為 730，一般泵內人字齒輪的螺旋角為 2533。 前面已指出，泵內齒輪的工作條件比較惡劣；齒輪所在軸是兩端簡支的長軸，齒輪 位置遠離支軸承；潤滑油很難保持無污染；焊接泵殼的剛性也較差。在這種工作條件下， 泵內齒輪的正常失效方式是磨損。國外三缸泵齒輪的磨損壽命約為 10 年。但實際上三 缸泵面接觸疲勞破壞（點蝕）現(xiàn)象也很普遍，有一定數(shù)量的泵內齒輪在運行 2 年左右即 因點蝕發(fā)展，齒面大面積剝落而失效。 在 API Spec7 中規(guī)定需對鉆井泵的齒面接觸強度進行計算，計算公式為： rzigfdkN - 20 - （3.4） 式中 -齒面接觸強度允許的鉆井泵輸入功率；gN -齒寬系數(shù)。fi -功率系數(shù)。當泵的額定功率 N1000hp 時， =1.4；當 N1000hp，r rf =1.6-（N/5000）;rf -決定于齒面硬度和齒輪傳動比的系數(shù)。rk -決定于小齒輪轉速和節(jié)圓直徑的系數(shù)。 zd 其中 由下式計算： 1260nduzCDP （3.5） 式中 -小齒輪節(jié)圓直徑；pD -小齒輪轉速（r/min） ；1n （3.6）12n78/p0DC 在 API Spec7 中沒有給出鉆井泵齒輪的齒根彎曲強度計算公式。在設計時應根據(jù)其 它標準校核齒根強度。實踐證明，對額定功率為 1180kw 和 96OkW 的三缸泵齒輪，取 法向模數(shù) =10mm，對 740kw 和 59Okw 的三缸泵齒輪，取法向模數(shù) =8mm 可有足夠nm nm 的齒根強度。 多年來的實踐經驗還指出，除潤滑條件外，齒面硬度和加工、裝配精度對齒輪壽命 的影響最大。 近年來，我國制造廠應用實體滾切中硬齒面齒輪的新工藝將大、小齒輪的硬度范圍 分別提高到 289321HB 和 341385HB。從初步使用的情況來看，對防止齒輪表面疲坑 的生成或發(fā)展是有效的。 鉆井泵齒輪精度等級為 8-7-7 或 8-8-7，即齒輪運動準確性指標為 8 級，運動平穩(wěn) 性指標為 7 級或 8 級，齒面載荷分布均勻性指標為 7 級。 - 21 - 為改善泵內齒輪的嚙合性能，還可采用變位齒輪設計。如果變位設計的目的是為改 善齒輪的強度和磨損，則對斜齒輪不宜采用角度變位（即兩街輪變位系數(shù)之和不為零的 變位設計） ，因為這會使嚙合接觸線縮短而降低承載能力。采用高度變位（兩齒輪變位 系數(shù)之和為零）可以降低齒面嚙合的滑動系數(shù)的最大值，提高傳動效率；減緩齒面的磨 損和點蝕；同時重迭系數(shù)降低很少，具有較滿意的綜合效果，適用于象鉆井泵齒輪這樣 的傳動比較大的人字齒輪傳動。建議設計時用齒條型刀具加工的外齒輪的線圖選擇變位 系數(shù)。當傳動比小于等于 3 時，大、小齒的變位系數(shù)分別取-0.33 和 0.33，當傳動比 大于 3 時，分別取-0.4 和 0.4。 鉆井泵齒輪精度等級不算高，但承受變動的和帶有沖擊的載荷。因此對齒形修形將 對改善傳功的平穩(wěn)性和避免齒面拉傷等產生明顯的效果。一般只對齒頂部分修形，修形 量 0.1-0.2mm，修形高度為法向模數(shù)之半，即 0.5 。見圖 3.8。nm 圖 3.8 齒形修形量 3.4.1 傳動齒輪的設計 1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 這里選用人字齒圓柱齒輪傳動。泥漿泵傳動速度不高，故選用 7 級精度。選擇小齒 輪材料為 45 鋼（調質） ，硬度為 240HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調質）硬度為 280HBS。 選擇小齒輪齒數(shù) ,大齒輪齒數(shù) ， 。初步選定螺旋角 135Z218Z213.65Z =30。 2.按齒面接觸強度設計 齒輪分度圓的直徑公式如下式所示： - 22 - （3.7）3 2d1tt1 .2HEZTK （1） 確定公式內的各計算數(shù)值 1）試選載荷系數(shù)： =1.6；t 2）計算小齒輪傳遞的轉矩 mNT 751 1086.27.43960. ； 3）齒寬系數(shù)： d； 4) 選取區(qū)域系數(shù)： =2.433；HZ 5）查得 =0.78 ， =0.87，則 = + =1.65；1212 6）材料的彈性影響系數(shù)： 8.9MPaE； 7）按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 MPaH501lim；大齒輪的接觸疲勞 強度極限 PaH502lim； 8）計算應力循環(huán)次數(shù) 911 1053.)108362(17.436 hjLnN ； 892 05.053. ； 9）接觸疲勞壽命系數(shù) 1HNK； 9.2HN； 10）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，得： MPaSHNH 517094.1lim11 ； K398.2li21 ； （2）計算齒輪分度圓的直徑 1） 試用公式（2.7）算小齒輪分度圓直徑 td1；代入 H中較小的值 - 23 - mm=348.3mm；3 2t1 5178.9x43.2.65.208xd 2） 計算圓周速度 V s mndt 98.60.43.8106 ； 3） 計算齒寬 b dt 3.48.1； 4） 計算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) =9.65；1ttzcosm 齒高 mht3875.25. ； b ； 5） 計算載荷系數(shù) 根據(jù) ，7 級精度，查得動載系數(shù) ；人字齒輪，假設 .98mvs 1.02vKAtKFb 。查得 ；查得使用系數(shù) ；查得 7 級精度、小齒輪懸臂布0N1.2HFKA 置時， 3b=1.2421.2060.d 由 58h b ， 4.H，查得 FK；故載荷系數(shù)： 52.14.2.1VAK； 6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑得： mdtt 76.3231 ； 7） 計算模數(shù)： z .10 。 3.按齒根彎曲強度設計 彎曲強度設計公式為 )(213FSadYZKTm （3.8） - 24 - （1）確定公式內的各計算數(shù)值 1）查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 MPaFE3801； 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE2； 2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 95.1NK； 9.2FN； 3）計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，得：MPaSFENF86.25711 ；KFEF22 ； 4）計算載荷系數(shù) K 4.18.20.1FVA 5）查取齒形系數(shù) 69.21FaY ； 356.2FaY 6）查取應力校正系數(shù) 57.1Sa ； 84.12Sa 7）計算大、小齒輪的 F Y 并加以比較 01643.8.257691FSaY 92.32FSa 小齒輪的數(shù)值大。 （2）齒根彎曲強度的設計計算 由公式(3.8)得： mm01.935142.02864.23 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 大于齒根彎曲疲勞強度計算的模 - 25 - 數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度 所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取由彎曲強度算得 的模數(shù) 9.01 并就近圓整為標準值 m10。 按接觸強度算得的分度圓直徑 d349； 算出小齒輪齒數(shù) 5.1Z；大齒數(shù) 1282Z。 這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度， 并做到了結構緊湊，避免浪費。 4.幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 mZd3501； mZd12802 （2）計算中心距 a81)(21 （3）計算齒輪寬度 mdb3501 取 B3502 ； B。 5驗算 NdTFt k2.19.3502861 ； mKNbKtA .4.3509 ，合適。 6齒輪結構設計及繪制零件圖 （1）通過前面的大量設計計算，我們可以算得大小齒輪的結構參數(shù)如表 3.2 所示。 表 3.2 大小齒輪結構參數(shù) 小齒輪 Z1 大齒輪 Z2 模數(shù) 10 壓力角 20 - 26 - 齒定高系數(shù) 1 中心距 8150.1 頂隙系數(shù) 0.25 齒數(shù) 35 128 分度圓直徑 350 1280 基圓直徑 328.88 1202.76 齒頂圓直徑 370 1353.14 齒根圓直徑 325 1188.57 齒頂高 10 10 齒根高 12.5 12.5 齒全高 22.5 22.5 齒厚 15.7 15.7 （2）大齒輪的結構設計 由于大齒輪需要安裝在軸上，通過與小齒輪的嚙合，使步進電機產生的動力傳遞到 傳動軸上。而大齒輪與輪軸的軸向定位則需采用鍵連接。鍵的選擇在下面的軸的設計中 有說明。 3.4.2 被動軸軸的設計 1求輸出軸上功率 2P、轉速 2n和轉矩 2T 若取每級齒輪傳動的效率 97.0，則W5.8.956221 min 7.19.37412 rn NPT7262 0.05.9 2求作用在齒輪上的力 已知大齒輪直徑 md182得 - 27 - NmgFt 1638.9501.31 rdTt1252 NFtr 2.408an2 圓周力 1,t、徑向力 1,rF的方向如圖 3.9 所示 圖 3.9 傳動軸的受力圖 3初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 40Cr 鋼，調質處理。查表取 ，按下式初步估算軸的最小1260A 直徑，于是得 m5.487.1908npd330minA 4.通過上面的計算，可以設計出傳動軸的結構如圖 2.10 所示。 - 28 - 圖 3.10 被動軸的結構設計圖 5確定軸的各段直徑和長度 （1）為了滿足軸向定位要求，且滿足前支座與軸的間隙配合，通過前面的計算 I-II 軸 段直徑選為最小直徑 300mm。 （2）由上面取得安裝齒輪處軸段 II-III 的直徑為 325。已知齒輪的輪轂寬度為 310，故采用 II-III 軸段的長度為 325。齒輪的左、右端均采用套筒定位，套筒高 度 h0.07d,取 h=24,則軸環(huán)處的直徑為 350。此時便可滿足齒輪的軸向固定要求。 （3）齒輪與軸和偏心輪與軸的軸向定位均采用平鍵連接。按照齒輪與軸的直徑由手冊 查表得平鍵截面 bh=7036(GB/T1095-1979)。鍵槽用鍵槽銑加工，長為 303同 時為了保證齒輪與軸和前輪與軸的配合有良好的對中性，故選擇輪轂與軸的配合為 H7/h6.支座與軸的軸向定位是采用間隙配合來保證。 （4）主動軸與此軸上的齒輪相嚙合時，可看作是減速傳動機構，帶動被動軸的轉動。 3.5 傳動端的密封和潤滑裝置 傳動端的密封和潤滑裝置的可靠性對傳動端零部件的壽命有著重大的意義， - 29 - a）1.油封 2.張緊簧 3.卡簧 4.介桿b） 1.油封 2.隔環(huán) 3.壓板 4.介桿 c）1. 隔板 2.浮動式泊油盒 3.黃油嘴 4.泥漿擋板 5.油封 6.隔環(huán) 7.介桿 圖3.11 幾種介桿密封裝置 鉆井泵介桿密封是一個關鍵的密封部位。而且它是往復式動密封，技術難度較高。 如果介桿密封不可靠，液力端泄露的泥漿就會通過它進入傳動端而污染潤滑油。泥漿中 含有固體顆粒，有時還可能含有高硬度的石英砂等，這對傳動端內的各摩擦副是致命的。 某些鉆井泵的介桿密封設計較簡陋，加上十字頭至活塞部分同心度差，以及泵反轉 時十字頭跳動等因素，致使密封效果較差。圖 3.11 介紹了幾種較好的介桿密封設計。 圖 3.11 a 的特點是以張緊簧使兩個油封與軸緊緊地接觸，從而獲得較好的密封效果， 圖 3.11 b 使用了兩對背靠背的油封，一對阻止油流出傳動端，另一對阻止泥漿滲入傳 動端；圖 3.11 c 給出了浮動式油封盒的結構，油封盒相對于隔板可以移動，可根據(jù)裝 配后介桿的實際位置相應調整移動油封盒后再將它固定。 目前美國的鉆井泵一般都有雙重的潤滑系統(tǒng)，即除飛濺供油潤滑外，還有強制潤滑 - 30 - 系統(tǒng)向兩根軸的軸承和十字頭供油。使用情況表明，單純的飛濺供油潤滑已不能滿足三 缸泵傳動端零部件的潤滑要求，增加強制潤滑對延長傳動端零部件的壽命有顯著的功效。 強制供油不但油量充足，可防止意外事故；而且，油進入油泵前經過濾器過濾，噴向潤 滑部位的油較干凈；再配用磁性吸屑器以防止金屬屑末隨潤滑油被送到軸承、導板、齒 輪等摩擦面上，效果更好。 對于曲軸結構采用的是黃油和機油甩油潤滑兩種方式，兩副主軸承、兩副曲柄軸承 采用黃油潤滑，其它部分采用機油甩油潤滑。 帶偏心輪結構，全部采用機油潤滑。潤滑方式有兩種，一種是采用甩油潤滑，另一 種是在動力端各部分采用機油強制潤滑，即潤滑油經濾清器吸入齒輪油泵（其上帶有安 全閥） 。一般在油泵排出管線上串連著兩個濾清器：一為磁力濾清器，可過濾油中的鐵 末子；一為普通濾清器，可過濾油中其它雜質。在各個潤滑部位均設有噴嘴，實現(xiàn)噴油 潤滑。當管路或濾清器堵塞時，齒輪泵上的安全閥打開，以保護其不被憋壞。在整個管 路里有一個壓力表，指示著回路里的壓力。 對動力端進行潤滑時，必須采用粘度合適而且清潔的油。根據(jù)目前井場上油料情況， 冬、夏季均采用 14 號柴油機油。要堅持每天檢查油底殼油面，發(fā)現(xiàn)油面過低時應添足， 并找出漏油部位，加以堵塞。每班要檢查各軸承的溫度，不得超過 70 度。超過時，要 停車檢查，找出故障原因，排除后，再繼續(xù)運轉。采用黃油潤滑部位，要堅持每周打黃 油一次，每次打黃油時，要先將黃油嘴上的污垢清除干凈。 潤滑油池的機油每工作 1000 小時（不超過三個月）就要換新油。而且應在泥漿泵 剛剛停下來，油還是熱的情況下，進行換油。此時，擰下油底殼的放油絲堵，排掉全部 機油。然后擰上放油絲堵，倒入 10 升柴油，使泥漿泵空負荷運轉 5-10 分鐘，停泵。再 將柴油排凈后擰緊放油絲堵。打開后蓋檢查齒輪的嚙合情況和油底的干凈程度。情況正 常時，蓋上后蓋，加注干凈的潤滑油。 吸入濾清器和磁力濾清器在換機油時進行清洗。排出管路上的另一個濾清器，每工 作 300 小時清洗一次。 機油壓力表所指示的壓力，應在各個泵規(guī)定的范圍內。壓力過低說明吸入濾清器堵 塞，或者吸入管線漏空氣，或者油泵嚴重磨損，也有可能是泵上或濾清器的安全閥漏； 壓力過高說明排油管線堵塞，或者由于天氣太冷油的粘度太大，此時安全閥卡阻，在規(guī) 定壓力下不開啟造成的。 - 31 - 4 動力端常見故障及處理 往復泵動力端的故障往往都伴隨著出現(xiàn)不正常的響聲。如果是新泵或者是剛剛大修 過的泵，故障工作響聲很大，多是安裝和制造質量問題。對于工作過一段時間的泵來說， 動力端出現(xiàn)不正常的響聲，說明該泵動力端一定有故障。為了判斷和排除這些故障，首 先要進行泵的外殼檢查。 4.1 軸承常見故障 滾子軸承的主要非正常損壞現(xiàn)象有：被動軸、主動軸和連桿大端軸承配合松動（俗 稱“跑圈”)，滾子和跑道磨損過快和燒毀等。其原因主要是： 1.軸承配合過松 過去我們在石油機械設計中，不分軸承種類、直徑和載荷特點，對內圈旋轉的軸承， 軸的配合一律選用 m6。但經驗表明，鉆井泵軸承的載荷變化大，有一定沖擊，軸承內 - 32 - 圈與軸的配合應選得緊些。連桿大端軸承的內、外圈是薄壁套圈，配合應更緊些。而軸 承的原始徑向游隙也應比基本組小一級。曲軸和傳動軸支承軸承軸頸與內圈的配合應選 n6。連桿大端軸承內圈與偏心軸頸的配合應選 r7；大端內孔與軸承外圈的配合應選 N7. 2.曲軸軸承座裝配不當 圖 4.1 曲軸軸承座的裝配 曲軸軸承座裝配如圖 4.1 所示，裝配曲軸軸承座時，必須嚴格控制軸承蓋的壓緊程 度；過緊，軸承徑向游隙減少，運轉受熱膨脹后易燒毀而卡死；過松，受變載時必然產 生沖擊，相關的各零件易損壞。 裝配時，應嚴格按技術條件計算軸承蓋和軸承座之間調節(jié)墊片的厚度，按規(guī)定的扭 矩值上緊緊固螺栓。裝配后，檢查軸承中兩列滾子的松緊程度，在軸承頂端應有 2-4 個 滾子被壓緊。如果發(fā)現(xiàn)過松或過緊，應重新調整墊片。 3.潤滑不充分 三缸泵主動軸和被動軸的轉數(shù)約為雙缸泵的 2 倍，僅靠齒輪濺油潤滑是不夠的。尤 其是離齒輪較遠的那一側的軸承和雙列軸承中靠泵殼墻板的那一列滾子，潤滑條件更差， 經常不能形成油膜，以致燒傷滾動面。 4.傳動端內清潔度差 部分軸承是在滾子出現(xiàn)?？又熬瓦^度磨損而失效的。這主要是由于潤滑油內含有 - 33 - 固體雜物和水等引起的。 5.軸承質量差 在美國，用于鉆井泵的滾子軸承均使用真空冶煉或電渣重熔的滲碳鋼制造，滾動面 接觸疲勞極限高，并耐沖擊；精度等級為精密級。而在我國尚無條件普遍使用這樣的軸 承。我國絕大部分軸承仍使用大氣冶煉的軸承鋼制造，精度為普通級。 4.2 齒輪常見故障 泵內減速齒輪的主要問題是點蝕。計算表明，雖然齒輪具有足夠的接觸疲勞強度， 但我國很多泵甚至在運行幾十小時后即開始出現(xiàn)點蝕，運行 4000h 左右齒輪即因點蝕失 效。其原因是： 1.齒輪嚙合時接觸精度低 按規(guī)定，泵內齒輪的嚙合斑點沿齒長方向不少于 60% ，沿齒高方向不少于 45， 但礦場使用的鉆井泵齒輪的實際接觸精度往往達不到這一標準。 國產泵與美國泵在齒輪制造上的差距主要在于加工手段。國外是用人字齒刨齒機將 左右兩邊的齒同時刨出，大齒圈是整體的，齒輪與傳動軸為一體。國產泵的人字齒需分 左右兩半分別在滾齒機上滾齒，然后靠劃線找齊將左右兩半齒圈或齒輪拼裝成人字齒倫， 其精度必然較低。一般認為，傳動軸的軸向游動能保證人字齒輪較完美的接觸。但實際 上，一方面皮帶或鏈條對傳動軸有較大的橫拉力，使軸難以游動；另一方面?zhèn)鲃虞S的轉 數(shù)是每分鐘數(shù)百轉，也來不及左右游動。因業(yè)，良好的齒輪接觸仍主要依靠加工和裝配 精度來實現(xiàn)。 2.齒輪齒面硬度低 齒輪齒面硬度若過低，不但容易發(fā)生點蝕，而且會發(fā)生齒面的塑性變形。大、小齒 輪面加工后的硬度分別以不低于 280HB 和 320HB 為宜。 4.3 十字頭部分常見故障 當十字頭銅套或軸承磨損，螺絲松動或裝十字頭銷子的輪轂磨損過大時，造成動力 端有敲擊聲，觀察十字頭的運動會發(fā)現(xiàn)，十字頭走的不均勻，即十字頭走到兩頭時，要 停頓一下，才反向運動。但這要與由于排出閥發(fā)生故障而引起的十字頭運動不均勻相區(qū) 別，即當某一排出閥刺壞時，該閥即不工作了，這時，十字頭走到中間位置時，由于沒 - 34 - 有這個閥所造成的負荷，就好像被推了一下走得快一些。 當十字頭滑板與泵身的導板磨損過大，也會使動力端出現(xiàn)敲擊聲。 當中間拉桿與十字頭的連接松動時，應繼續(xù)將鎖緊螺帽鎖緊。因為中間拉桿與拉桿 的連接松動時，也會使泵的動力端出現(xiàn)敲擊聲。 4.4 連桿部分的常見故障 對于采用曲柄軸結構的動力端來說，當發(fā)現(xiàn)連桿是頓一下、松一下地走，說明大齒 輪、曲拐的鍵松了，或者是曲軸軸承松動了，如果此時發(fā)現(xiàn)被動軸和連桿一起跳動，則 說明被動軸的主軸承松了，如果被動軸的主軸承牢固，被動軸不會