本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目： 3NB—1300 鉆井泥漿泵—— 泵殼的設(shè)計(jì) 院 （部）： 專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 完成日期：I目 錄摘 要 IIIABSTRACT.IV1 前 言 - 1 -1.1 課題的背景及研究意義 - 1 -1.2 鉆井泥漿泵的現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析 - 1 -1.2.1 我國(guó)泥漿泵現(xiàn)狀 - 1 -1.2.2 國(guó)外泥漿泵現(xiàn)狀 - 2 -1.2.3 鉆井泥漿泵的發(fā)展趨勢(shì) - 2 -1.3 現(xiàn)有研究的不足及本文研究的內(nèi)容 - 4 -2 鉆井泵總 體設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì) - 7 -2.1 鉆井泵基本參數(shù)的確定 - 7 -2.2 鉆井泵的整體振動(dòng) - 11 -2.3 鉆機(jī)的鉆井泵配置 - 12 -3 鉆井泥漿泵泵殼的總體設(shè)計(jì) -14-3.1 鉆井泵泵殼的總體方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 14 -3.2 鉆井泵軸承座部分結(jié)構(gòu) - 15 -3.3 泥漿泵軸承壓蓋部分結(jié)構(gòu) - 16 -3.4 鉆井泵底座部分結(jié)構(gòu) - 17 -3.5 鉆井泵透氣蓋部分結(jié)構(gòu) - 17 -3.6 鉆井泵前板部分結(jié)構(gòu) - 18 -4 三缸泥漿泵的安裝和維護(hù) .- 19 -4.1 安裝泥漿泵及其吸入系統(tǒng)時(shí)注意事項(xiàng) - 19 -4.2 泥漿泵啟動(dòng)之前的注意事項(xiàng) - 19 -5 總 結(jié) .- 22 -謝 辭 .- 23 -II參考文獻(xiàn) .- 24 -III3NB—1300 鉆井泥漿泵——泵殼的設(shè)計(jì)摘 要通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外泥漿泵現(xiàn)狀的分析，得出鉆井泥漿泵的發(fā)展方向：加大輸入功率、加大沖程長(zhǎng)度、降低沖次、加大最大缸套直徑、加大最大泵壓、 。鉆井泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用鍛焊曲軸、雙保險(xiǎn)介桿密封結(jié)構(gòu)等，為了迎接我國(guó)泥漿泵行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，使我國(guó)的泥漿泵產(chǎn)品能昂首走向國(guó)際市場(chǎng)，我們從泥漿泵結(jié)構(gòu)不盡合理，難以滿足現(xiàn)代鉆井工藝的要求出發(fā)，對(duì)泥漿泵進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文將對(duì) 3NB-1300 鉆井泥漿泵進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，重點(diǎn)是對(duì)泥漿泵的泵殼進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。通過(guò)本文我們首先了解 3NB-1300 鉆井泥漿泵總體結(jié)構(gòu)，確定泥漿泵的基本參數(shù)，然后進(jìn)一步了解泵殼的各部分結(jié)構(gòu)，最后是鉆井泵的安裝及日常維護(hù)。通過(guò)了解，得出當(dāng)前結(jié)構(gòu)不合理問(wèn)題，以泥漿泵泵殼的結(jié)構(gòu)、材料、成型方法為出發(fā)點(diǎn),根據(jù)泥漿泵的工作原理,經(jīng)對(duì)有關(guān)部分進(jìn)行分析、計(jì)算, 對(duì)泥漿泵泵殼進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以滿足現(xiàn)代泥漿泵的鉆井工藝。關(guān)鍵詞：泥漿泵；發(fā)展趨勢(shì)；泵殼；安裝與維護(hù)； IV3NB-1300 drilling mud pump - pump shell designABSTRACTThrough an analysis of current situation of the domestic and international slush pump, obtain the developing direction of the slush pump of the well drilling: , input power strengthen, strengthen stroke length, reduce, wash time, strengthen most large jar sets of diameter, strengthen most loud pump pigeonhole. The pump structural design of the well drilling adopts and forges and welds the bent axle, dual fail-safe to lie between the sealed structure of the pole etc., in order to meet the challenge that the slush pump trade of our country faces, enable the slush pump products of our country to move towards the international market with one's chin up, we are unreasonable from the structure of the slush pump, the difficult requirement for meeting modern well drilling craft set out, carry on the structural design to the slush pump.This text will carry on detailed structural design and analysis to 3NB-1300 well drilling slush pump, design and calculate the pump shell of the slush pump especially. We understand 3NB-1300 well drilling slush pump ensemble architecture at first, confirm the basic parameter of the slush pump through this text, then further understand the shelly every part of structure of the pump, the end is installation and regular maintenance of a pump of the well drilling. Through understanding, obtain the unreasonable problem of the present structure, regard pump shelly structure, material, shaping method of slush pump as the starting point, according to the operation principle of the slush pump, through analyzing, calculating relevant parts, carry on the structural design to the pump shell of slush pump, in order to meet well drilling craft of the modern slush pump.Key Words: Slush pump; Development trend; Pump shell; Install and safeguard;山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 1 -1 前 言1.1 課題的背景及研究意義泥漿泵是在鉆井過(guò)程中，將泥漿加壓后攜帶出井底的巖屑和供給井底動(dòng)力鉆具的動(dòng)力，向井底輸送和循環(huán)鉆井液的往復(fù)泵。提高其易損件（泵閥，活塞和缸套）的工作壽命，成為泥漿泵設(shè)計(jì)、制造和使用中迫切需要解決的問(wèn)題。近幾年，為了加快鉆井速度，降低鉆井成本，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命，國(guó)內(nèi)外在泥漿泵的理論和試驗(yàn)研究、設(shè)計(jì)制造和選擇使用等方面做了許多工作，對(duì)鉆井泵進(jìn)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(jié)構(gòu)均未擺脫曲柄連桿機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)方式，在結(jié)構(gòu)上沒(méi)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(jié)構(gòu)的鉆井泵以滿足石油勘探開(kāi)發(fā)使用的要求。隨著改革開(kāi)放的深入及中國(guó)加入世貿(mào)組織，我國(guó)石油鉆井隊(duì)伍“充分利用國(guó)內(nèi)外兩種資源、兩個(gè)市場(chǎng)” ，實(shí)施走出去的戰(zhàn)略，進(jìn)入國(guó)際鉆井市場(chǎng)，為了滿足參與國(guó)際市場(chǎng)的需要，中石油、中石化都在不斷加大鉆井設(shè)備的投入，同時(shí)加快老鉆井機(jī)的更新改造和新型輕便鉆井機(jī)研制步伐，加之國(guó)際市場(chǎng)對(duì)鉆井泵的需求增大，使得鉆井泵的供求矛盾更加突出，各類(lèi)型鉆井泵的缺口每年達(dá) 200 臺(tái)左右。現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)外鉆井泥漿泵主要存在 5 方面的問(wèn)題，即，鉆井泵質(zhì)量大，難以適應(yīng)現(xiàn)代輕便鉆機(jī)的要求，制約鉆機(jī)的移運(yùn)性；沖程短，沖次高。鉆井泵在不適合的沖次范圍內(nèi)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(jié)構(gòu)不合理，部分強(qiáng)度冗余，部分剛度不足，可靠性低，難以滿足鉆井機(jī)高可靠性要求；缸套壽命短，難以滿足鉆機(jī)高效率要求。因此，合理降低泵的沖次，適當(dāng)增加泵的沖程長(zhǎng)度，既滿足鉆井過(guò)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，成為今后鉆井泵的設(shè)計(jì)方向。1.2 鉆井泥漿泵的現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析1.2.1 我國(guó)泥漿泵現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)輕便鉆井泥漿泵功率在 956kw 以下，主要配套于 4000 米以下鉆機(jī)，因此，輕便鉆井泵的市場(chǎng)前景依從于 4000 米以下鉆機(jī)的使用現(xiàn)狀和發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)擁有鉆機(jī) 1000 余臺(tái)，占世界鉆機(jī)總量的 32%，其中，中石油集團(tuán)公司就擁有 700 余臺(tái)，因此，山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 2 -中石油集團(tuán)公司的鉆機(jī)情況基本反映了國(guó)內(nèi)鉆機(jī)的現(xiàn)狀。在中國(guó)石油集團(tuán)公司擁有的700 余臺(tái)鉆機(jī)中，4kw 以下的鉆機(jī)占總量的 80%。平均新度系數(shù)僅為 0.4，其中，48%的鉆機(jī)新度系數(shù)小于 0.3，有 500 臺(tái)左右的鉆機(jī)服役 10a 以上，與之配套的鉆井泵相應(yīng)也需要更新。我國(guó)每年所鉆 4 以下的井?dāng)?shù)為總井?dāng)?shù)的 98.5%，4km 以下的進(jìn)尺為總進(jìn)尺的95.2%。1.2.2 國(guó)外泥漿泵現(xiàn)狀美國(guó)鉆井泵大量采用三缸單作用泵，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(jié)構(gòu)，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(jī)座多為焊接結(jié)構(gòu)，小齒輪用鍵固定在傳動(dòng)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(jié)構(gòu)。采用雙列向心球面調(diào)心軸承。十字頭滑動(dòng)面經(jīng)表面淬火磨削。齒輪采用斜齒或無(wú)槽人字齒輪。為了加強(qiáng)易損件的互換，閥腔和活塞桿制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。隨機(jī)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。俄羅斯三缸泵的液力端，閥箱采用 I 型直通式和 L 型，閥箱的吸入閥和排出閥不是分體結(jié)構(gòu)，而是一體式液力模塊，吸入閥采用液力壓緊裝置，不靠螺紋壓緊，壓緊裝置內(nèi)充滿液壓油，其殼體與閥箱螺紋連接。排出閥用冠形螺紋壓蓋壓緊，活塞與缸套間有獨(dú)特的水封裝置，噴淋冷卻管有鉸鏈裝置，可以提高可靠性，減少機(jī)修時(shí)間和使用費(fèi)用。缸套采用離心澆鑄的雙金屬毛坯或雙金屬軋制鋼管制造，動(dòng)力端機(jī)座有鑄件和焊接件，傳動(dòng)采用小螺旋角斜齒輪傳動(dòng)和款槽人字齒輪，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(dòng)面井表面淬火磨削，總的來(lái)說(shuō)，俄羅斯三缸泵易損件的使用壽命較低，與先進(jìn)水平相比，尚有不小差距，然而，由于其三缸泵多數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較小，而且傳動(dòng)可以調(diào)速，因此，泵的功率發(fā)揮較好。1.2.3 鉆井泥漿泵的發(fā)展趨勢(shì)多年來(lái)鉆井的實(shí)踐證實(shí)，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(dòng)功率由 3000kw 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(duì)不同結(jié)構(gòu)泵的排量不均勻度進(jìn)行分析，結(jié)果表明，曲柄錯(cuò)角 120°的三缸泵比其他方曲柄錯(cuò)角等的多剛泵都有力；三缸以上的泵由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修困難和易磨損而難以廣泛應(yīng)用。近年相繼開(kāi)始研制出 5 缸、7 缸斜盤(pán)型軸向柱塞泵、雙缸單作山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 3 -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(yīng)用，所以目前國(guó)內(nèi)外鉆井泵的主要形式仍為三缸單作用往復(fù)泵。一、國(guó)外鉆井泵基本參數(shù)的發(fā)展：國(guó)外鉆井泵基本參數(shù)的發(fā)展方向:加大輸入功率、加大沖程長(zhǎng)度、降低沖次、加大最大缸套直徑、加大最大泵壓、加大吸入管和排出管直徑。鉆井泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用鍛焊曲軸、雙保險(xiǎn)介桿密封、 ，雙墻板殼體、雙重潤(rùn)滑系統(tǒng)、高容量排出空氣包等，同時(shí)對(duì)提高泵頭疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性能、提高齒輪接觸強(qiáng)度、消除嚙合不良等進(jìn)行了研究。1.鉆井泵輸入功率過(guò)去，美國(guó)大多數(shù)公司鉆井泵最大輸人功率均為 1 176.4 kW，只有 Oil Well 公司為 1 250 kW。近年來(lái)，由于深井鉆井以及井下動(dòng)力鉆具鉆井的需要，美國(guó) NSCO 公司、EWCO 公司和加拿大 DRECO 公司研制了 1 470.5 kW 鉆井泵，羅馬尼亞在鉆井泵系列中增加了 1 838.2 kW 鉆井泵。鉆井泵輸人功率向著加大方向發(fā)展。2.鉆井泵沖程長(zhǎng)度近年來(lái)，鉆井泵的沖程長(zhǎng)度向著增加方向發(fā)展，特別是大功率鉆井泵，在降低沖次的條件下，適當(dāng)增加沖程長(zhǎng)度是合理的、經(jīng)濟(jì)的。美國(guó) EMSCO 公司 F-1000 型三缸泵沖程長(zhǎng)度從 235 mm 增大到 254 mm, Oil Well 公司 HD-1400 PT 型三缸泵沖程長(zhǎng)度從 254 mm 增大到 305 mm, DIME 公司 1700 T 型三缸泵沖程長(zhǎng)度增大到 406.4 mm,3.鉆井泵沖次在三缸泵發(fā)展初期，沖次較高，達(dá)到 175min-1。但是目前的易損件尚不能滿足高沖次的需要，使用壽命較短，只好降低沖次使用。此外，三缸泵在高沖次條件下工作，吸入性能變壞、嚴(yán)重時(shí)，直接影響到三缸泵的工作性能，也迫使三缸泵降低沖次使用。所以近年來(lái)鉆井泵的沖次向著降低方向發(fā)展。4.鉆井泵最大缸套直徑近年來(lái)，鉆井泵最大缸套直徑向著加大方向發(fā)展。美國(guó) NSCO 公司 10-P-130 型三缸泵最大缸套直徑從 158.8 mm 增大到 171.5 mm. EMSC()公司 FB-1300 型和 FB-1600 型三缸泵缸套直徑從 177.8 mm 增大到 190.5 mm, UDCO 公司 PZ-10-1 350 型三缸泵缸套直徑從 158.8 mm 增大到 177.8 mm,5.鉆井泵最大泵壓近年來(lái)，鉆井泵的最大泵壓向著加大方向發(fā)展。美國(guó) NSC()公司 12-P-160 型三缸泵最大泵壓從 35.2 MPa 增加到 52.7 MPa 。GDCO 公司三缸泵在額定輸人功率不變的情山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 4 -況下，各種規(guī)格三缸泵的最大泵壓均提高了 15%。6.鉆井泵吸入管直徑和排出管直徑近年來(lái)，鉆井泵吸人管直徑和排出管直徑均向著加大方向發(fā)展。綜上所述，鉆井泵基本參數(shù)發(fā)展是:加大輸人功率、加大沖程長(zhǎng)度、降低沖次、加大最大缸套直徑、加大最大泵壓、加大吸人管直徑和排出管直徑。二、國(guó)外鉆井泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展：1.采用鍛焊結(jié)構(gòu)曲軸美國(guó) IDECO 公司和加拿大 DRECO 公司鉆井泵均采用鍛焊結(jié)構(gòu)曲軸，曲柄和齒輪盤(pán)均焊在直軸上，質(zhì)量容易保證。由于整體鑄造曲軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀奇異、質(zhì)量較大，很難確保鑄件質(zhì)量，容易產(chǎn)生裂紋，降低使用效果，相比之下，采用鍛焊結(jié)構(gòu)曲軸較好。此外，在采用鍛焊結(jié)構(gòu)曲軸的同時(shí)，還加大了曲軸軸肩的圓角半徑以及表面光潔度，既增加了曲軸剛度，又減少了曲軸的應(yīng)力集中，提高了曲軸的疲勞強(qiáng)度。2.鉆井泵殼體采用雙墻板結(jié)構(gòu)三缸泵焊接殼體的剛性遠(yuǎn)不如雙缸泵鑄造殼體剛性好，特別是大功率海洋三缸泵，由于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)置于三缸泵殼體上面，殼體的剛性更顯得不足。殼體剛性差不僅會(huì)造成齒輪嚙合不良，直接影響齒輪傳動(dòng)壽命，而且還會(huì)造成三缸泵振動(dòng)和搖晃。為此.加拿大 DREC()公司設(shè)計(jì)了雙墻板鉆井泵殼體，采用 25. 4mm 鋼板兩層支撐，比單墻板殼體剛性好得多。1.3 現(xiàn)有研究的不足及本文研究的內(nèi)容根據(jù) 2000 年的統(tǒng)計(jì)，中國(guó)擁有鉆機(jī) 1000 余臺(tái)，占世界鉆機(jī)總量的 32%，其中中石油集團(tuán)公司擁有 702 臺(tái)，因此，中石油集團(tuán)公司的鉆機(jī)的情況基本反映了國(guó)內(nèi)鉆機(jī)的現(xiàn)狀，然而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)鉆井泵的企業(yè)由于各自產(chǎn)品為多年前開(kāi)發(fā)，結(jié)構(gòu)不盡合理，難以滿足現(xiàn)代鉆井工藝的要求，其缺點(diǎn)主要是:①鉆井泵質(zhì)量大，難以適應(yīng)現(xiàn)代輕便鉆機(jī)的要求，制約鉆機(jī)的移運(yùn)性；②沖程短，沖次高。鉆井泵在不適合的沖次范圍內(nèi)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(jié)構(gòu)不合理，部分強(qiáng)度冗余，部分剛度不足，可靠性低，難以滿足鉆井機(jī)高可靠性要求；⑤缸套壽命短，難以滿足鉆機(jī)高效率要求。鉆井行業(yè)的發(fā)展方向是提高實(shí)效、降低成本和采用能夠降低成本的新工藝、新技術(shù)和新裝備。運(yùn)用高速、高壓噴射鉆井工藝是這一趨勢(shì)的必然選擇。高速由高可靠性的鉆山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 5 -機(jī)來(lái)保證，高壓噴射則由高可靠性的鉆井泵來(lái)保證。鉆井泵要適應(yīng)鉆井工藝技術(shù)，特別是高壓噴射鉆井、近平衡鉆井、從式定向井、水平井等新工藝新技術(shù)的要求，將進(jìn)一步向大功率大排量和高泵壓方向推進(jìn)，其性能水平和使用壽命直接影響鉆井速度和生產(chǎn)成本，同時(shí)作為野外重要設(shè)備，工作條件十分惡劣，工況也異常復(fù)雜，對(duì)鉆井泵的可靠性和安全性提出越來(lái)越高的要求。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、排除壓力和吸入壓力。這些參數(shù)與有關(guān)壽命之間的關(guān)系是指數(shù)函數(shù)。實(shí)踐表明，鉆井泵 80%的故障是由于缸套活塞組的磨損引起的。本文主要完成 3NB-1300 鉆井泥漿泵—泵殼的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)原始參數(shù)為：①泵型：臥式三缸單作用②輸入功率：956 千瓦③齒輪傳動(dòng)比：I=128/35=3.657④主動(dòng)軸額定轉(zhuǎn)速：437.77 轉(zhuǎn)/分⑤外形尺寸（長(zhǎng)*寬*高）：5050*2406.5*2655總質(zhì)量（包括皮帶輪、予壓空氣包和噴淋系統(tǒng)）：22300Kg；通過(guò)與其他一些系列的鉆井泵型號(hào)與參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，可以得出 3NB—1300 鉆井泵沖程長(zhǎng)度長(zhǎng)，額定沖次低，最高工作壓力大，外形尺寸大，并且質(zhì)量重。通過(guò)對(duì)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(guò)程中一直受著強(qiáng)烈的磨粒磨損，使其壽命低，原材料大量消耗，生產(chǎn)設(shè)備時(shí)嚴(yán)重浪費(fèi)，維修費(fèi)用大量增加，鉆井效率大幅度降低，因此在對(duì)泵殼進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要將這些因素考慮在內(nèi)，泵殼的設(shè)計(jì)要利于鉆井泵主要部件的拆卸，潤(rùn)滑以及維修，合理選用泵殼的材料，既要做到合理的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也要滿足一定的使用年限。本次設(shè)計(jì)基本要求為：1.了解鉆井泥漿泵的基本構(gòu)成及工作原理，熟悉其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的基本知識(shí)。2.進(jìn)行鉆井泥漿泵泵殼的設(shè)計(jì)。3.畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。4.能獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、分析、繪圖、數(shù)據(jù)處理、撰寫(xiě)技術(shù)報(bào)告。5.掌握工程技術(shù)設(shè)計(jì)的基本方法，學(xué)會(huì)調(diào)查研究，查閱技術(shù)文獻(xiàn)、資料、手冊(cè)、工具書(shū)等。6. 用 AutoCAD2004 軟件畫(huà)出鉆井泵泵殼總裝配圖以及泵殼上一些主要零部件的平面圖，如泵殼底板、擋油板、軸承座、軸承壓蓋、前板、泵殼底座、三孔板等部件的平山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 6 -面圖形。7.進(jìn)行指定部件設(shè)計(jì)，圖紙表達(dá)完整，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 7 -2 鉆井泵總體設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì)2.1 鉆井泵基本參數(shù)的確定查閱相關(guān)資料，可以知道泵壓、排量、沖次、沖程長(zhǎng)度和活塞桿推力是鉆井泵最重要的參數(shù)。這五個(gè)參數(shù)再加上泵壓和排量的乘積—功率，共六個(gè)參數(shù)是鉆井泵的基本參數(shù)。1. 排量鉆漿泵的排量取決于鉆井工藝的要求，大多數(shù)情況下，主要是噴射鉆井水力計(jì)算的結(jié)果。而鉆井工藝的最低要求是排量應(yīng)滿足最低反速值。最低反訴是指保證巖屑能被攜出地面的最低的鉆井葉子環(huán)形空間上返的速度。令上返速度為 tv則:（2-1）)(420bhrtdQZ????式中 —鉆機(jī)中并聯(lián)工作的鉆井泵臺(tái)數(shù)。一般，在完井井段 =1，在開(kāi)鉆井階段0Z 0Z=1～2。0—一臺(tái)泵的實(shí)際排量。rQ—井眼直徑。hd—鉆桿外徑。b在我國(guó)，完井井泵要求的最低返速為 0.8m/s，開(kāi)鉆井段的最低返速為0.4～0.6m/s，鉆井泵的最大排量應(yīng)滿足開(kāi)鉆井段的要求，而對(duì)應(yīng)于完井井段最低返速的要求。2. 泵壓主要是選定一臺(tái)鉆井泵的最高排出壓力，即這臺(tái)泵的最高設(shè)計(jì)壓力。它取決于以下因素:(1) 鉆井工藝的需要。日前鉆井中一般使用的最高泵壓為 200×105Pa，個(gè)別情況下使用 250×105Pa 左右的泵壓。再高的一個(gè)鉆井地面壓力是 343×105Pa，目前因鉆桿接頭密封，泵的易損件等還不配套，不能實(shí)行，但應(yīng)作為泵具有的儲(chǔ)備能力。山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 8 -(2) 液力端密封的耐壓極限。一般產(chǎn)品最高為 343×105Pa 左右，從而按規(guī)定要求液力端的靜水壓試驗(yàn)壓力是 2×343×105=686×105Pa，新近個(gè)別產(chǎn)品有所突破，如美國(guó)國(guó)民(Notional Supply)公司新推出的 2000hp 的 14-P-20 泵，其液力端耐壓能力為414×10Pa,靜水壓試驗(yàn)壓力為 2×414=828×105Pa。3. 沖次和沖程長(zhǎng)度在選取泵的沖次時(shí)，主要考慮以下兩點(diǎn):泵的吸入性能和易損件(特別是活塞皮碗)的合理壽命。在配有灌注泵，吸入性能有保證的情況下，則主要考慮易損件的壽命。為使活塞和缸套有合理的壽命，必須限制泵的活塞速度，為使閥和閥座有合理的壽命，必須限制泵的最大排量。但對(duì)于某一功率等級(jí)的三缸泵，不同制造廠的產(chǎn)品的最大缸套尺寸和閥腔尺寸變化范圍不大，故根據(jù)美國(guó)近幾年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，只要將三缸泵的活塞速度限制在 180ft/min=915m/s，即可保證所有易損件的合理壽命。活塞速度的定義式:（2-2）30ndS??據(jù)此，相應(yīng)于幾種常用沖程 S 的推薦持續(xù)工作沖次 如表 2-1 所示: ?n表2-1對(duì)應(yīng)不同沖程長(zhǎng)度的推薦沖次沖程S 203（8）216(8) 229(9) 254(10) 305(12)推薦的持續(xù)沖次 ?n`135 127 120 108 90額定沖次 ?160 155 150 140 120n?0.84 0.82 0.8 0.77 0.75泵的額定沖次是指對(duì)應(yīng)于泵輸入額定功率時(shí)的沖次，用 表示。相對(duì)于過(guò)去的雙?n缸泵，三缸泵的工作沖次有大幅度的提高，就往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的設(shè)計(jì)水平而論，應(yīng)該肯定是革命性的進(jìn)步。但在70年代初，美國(guó)各制造廠紛紛推出三缸泵時(shí)，一般將額定沖次定得偏高。通過(guò)數(shù)年的實(shí)踐。認(rèn)為將泵的實(shí)際工作沖次控制在如表2-1中的 值為好，因?n此，目前三缸泵的額定沖次 不再是實(shí)際常用的沖次;同時(shí).由于商業(yè)上的原因,各制造?n廠也不愿意將表2-1中的定為本廠產(chǎn)品的 。目前在美國(guó)。這兩種沖次數(shù)的關(guān)系大致為?n山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 9 -= /(0.75--0.85)，見(jiàn)2-1的第三、四行。對(duì)小功率的泵， 的值高些。這意味en0 en0著一般情況下三缸泵的實(shí)際輸入功率僅為額定功率的75%-85%。在調(diào)低沖次的同時(shí)，應(yīng)注意不能過(guò)分地加大沖程長(zhǎng)度。雙缸泵的沖程長(zhǎng)度為16-20in,為了保持三缸泵休積小、重量輕的特點(diǎn)，三缸泵的沖程長(zhǎng)度必須較雙缸泵適當(dāng)拉開(kāi)距離。近年來(lái)，美國(guó)有兩家后起的公司，如E- W (Ellis Williams)公司、OIAIE公司推出了S=14～16in的1300～1700hp級(jí)三缸泵，但由于它的體積重量過(guò)大，而不受歡迎。事實(shí)證明，這種倒退是錯(cuò)誤的。那么，表2-1中的每對(duì)S和 對(duì)應(yīng)用于額定功率多大的泵上呢?在這方面，各制造?n廠的產(chǎn)品參數(shù)有一定的離散(見(jiàn)本章附錄)。目前較為一致的是N=1180k W這一檔泵，美國(guó)的幾家主要制造廠都采用S=12in≈305mm, =120min-1.對(duì)N=740kW這一檔泵，以采?n用S=10in≈254mm, =140min-1居多。而N=960kW 泵的S值，有305mm的，也有254 mm的。0n4. 泵的額定功率泵的性能參數(shù)的頭兩項(xiàng)為泵壓和排量。泵壓和排量的乘積為功率。由于功率數(shù)能綜合地反映一臺(tái)泵的能力大小，并能告訴使用者應(yīng)為它配置多大的動(dòng)力，故它往往成為選擇泵時(shí)考慮的首要參數(shù)。泵的額定功率值即起這一作用?，F(xiàn)公認(rèn)的三缸鉆井泵額定功率N的計(jì)算式是：N= （2-3）9.0?Qp式中 －在額定沖次時(shí)對(duì)應(yīng)于某一尺寸缸套的理論排量；?Q－對(duì)應(yīng)于同一尺寸缸套的最高泵壓；p泵的輸入功率(2-4)??'vrbQpN?兩式相除：（2-5）'.0vb當(dāng)泵滿負(fù)荷工作，或接近滿負(fù)荷工作時(shí)， 可取 0.88.則因缸徑和泵壓不同而有一?山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 10 -定的變化，一般 =0.96～0.92。若取平均值 =0.94，則由式(2-5)得 N = 1.04Nb,式v??v?(2-3)算得的三缸泵額定功率值和在相同的泵壓，排量條件下泵要求的輸入功率值是很接近的。因而，鉆井泵的額定功率可定義為泵工作于額定沖次時(shí)的輸入功率的名義值。由于計(jì)算泵輸入功率的式（2-4）中含有效率數(shù)據(jù)，對(duì)礦場(chǎng)操作者使用不方便，于是將式（2-3）推廣用于任意泵壓和理論排量時(shí)的泵輸入功率的計(jì)算，即認(rèn)為，(2-6)9.0?QpNt?在 SY5138-86 中規(guī)定了五個(gè)級(jí)別的三缸鉆井泵，它們的額定功率為370KW,590KW,740KW,960KW 和 1180KW（它們對(duì)應(yīng)的 PS 值分別為 500，800，1000，1300和 1600） 。目前后四種功率已為國(guó)內(nèi)所有制造商所接受。在 SY513-86標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)五個(gè)級(jí)別三缸泵的某些基木參數(shù)作了規(guī)定，見(jiàn)表2-2。2-2 SY5138-86規(guī)定的若干基本參數(shù)型號(hào) 額定功率（KW）/（PS）最高泵壓（ Pa）/kgf/ )5102cm沖程長(zhǎng)度 最大排量3NB-370 370(500) 216(220) 196,216 32.53NB-590 590(800) 323(329) 216,235 34.73NB-740 740(1060) 333(339) 235,254 40.03NB-960 960(1300) 343(350) 254,306 40.43NB-1180 1180(1600) 343(350) 306 46.6一般將 N≥590kw 的泵稱(chēng)為中、大功率鉆井泵。而 N≤590KW 為小功率鉆井泵。美國(guó)大多數(shù)制造廠生產(chǎn)的中、大功率鉆井泵的額定功率系列是 800、1000、1300、1600 和2000hP 。個(gè)別制造廠的產(chǎn)品略有偏移，其中油井公司的系列為 850 、 1100 、1400，1700hp 。5. 額定活塞桿推力從活塞桿推力數(shù)值可以看出傳動(dòng)端所承受的基本載荷，所以，也將活塞桿推力列為泵的基本參數(shù)之一。活塞桿推力 F 的計(jì)算式，其最大值就是泵的額定活塞桿推力：=1.06 A (2-7)?F?dp泵的額定功率: 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 11 -（2-9.0'5.' ASnpQpNdsd??8）由以上兩式可得額定活塞桿推力：（2-??SnF??08.199）應(yīng)注意這一計(jì)算式是基于活塞與缸套的摩擦力為活塞上介質(zhì)總壓力 6％的假設(shè)。6. 基本參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算程序 (1) 確定泵的額定功率泵的額定功率一般是根據(jù)所設(shè)計(jì)的泵用于何種鉆深的鉆機(jī)來(lái)決定的，泵的額定功率數(shù)應(yīng)符合 SY5138-86 的規(guī)定，見(jiàn)表 2-2。(2) 選定沖程長(zhǎng)度和額定沖次(3) 計(jì)算額定活塞桿推力。(4) 選定使用的最大、最小缸套，編制工況表鉆井泵的工況表供用戶了解該泵配用的缸套直徑范圍和泵在配用不同缸套和運(yùn)轉(zhuǎn)在不同沖次時(shí)所能達(dá)到的泵壓和理論排量，以及所需的輸入功率等。2.2 鉆井泵的整體振動(dòng)鉆井泵在井場(chǎng)的安裝情況是，整臺(tái)機(jī)器明置于井場(chǎng)土壤之上，沒(méi)有與機(jī)器聯(lián)結(jié)的基礎(chǔ)，也沒(méi)有埋入土壤中。討論鉆井泵在土壤地基上的整體振動(dòng)問(wèn)題對(duì)提高泵本身及其配管、傳動(dòng)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和壽命有實(shí)際意義。關(guān)于動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理論和方法，目前有兩種理論體系：“質(zhì)量-彈贊-阻尼”體系和“半空間理論”體系。兩種體系的主要區(qū)別在于：前者把地基看成是沒(méi)有質(zhì)量的彈簧和僅有土壤粘滯阻尼的阻尼器，后者把地基看成是均質(zhì)各向同性的彈性半無(wú)限體（即所謂“彈性半空間” ）,機(jī)器（或帶有基礎(chǔ)的機(jī)器）在此彈性半無(wú)限體的表面振動(dòng)。 經(jīng)復(fù)雜的推導(dǎo)，最終得出彈性半空間理論的運(yùn)動(dòng)方程與“質(zhì)量-彈簧-阻尼”理論的運(yùn)動(dòng)方程具有相同的形式： )(lPxkcm??式中 m-機(jī)器質(zhì)量，在討論轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，m應(yīng)換成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 12 -x-機(jī)器質(zhì)心沿X軸的位移，即水平位移。式中x也可以是沿其他兩軸的平移。-對(duì)應(yīng)于位移的阻尼系數(shù)。c-對(duì)應(yīng)于位移的剛度系數(shù)。xk-擾力，為時(shí)間的周期性函數(shù)，在討論擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此項(xiàng)應(yīng)為擾力矩。)(lP關(guān)于引起鉆井泵振動(dòng)的擾源，相關(guān)資料中已提及慣性力以及傳動(dòng)軸上的輸入力矩和拉力。除此之外，液力端排出管中的壓力波動(dòng)也是一個(gè)擾源。為求得運(yùn)動(dòng)方程中的擾力及擾力矩，有兩種方法：第一種方法是將泵殼和閥箱分離出來(lái)，作用其上的力有兩根軸和三個(gè)十字頭時(shí)泵殼的作用力，以及閥箱所受的活塞桿力的反力和排出管的壓力波動(dòng)，由于這些力中己包含了慣性力和輸入軸上的擾力，故在三個(gè)方向?qū)υc(diǎn) O 的合力和合力矩，即為引起振動(dòng)的合擾力和合擾力矩。第二種方法是將泵整體分離。處理慣性力時(shí)借助于往復(fù)式壓縮機(jī)等設(shè)計(jì)中已成熟的結(jié)論：三個(gè)缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力和偏心質(zhì)量旋轉(zhuǎn)慣性力在 X、Y,Z 方向的合力都等于零，但它們對(duì) x 軸和 y 軸的合力矩不為零，將引起泵的扭轉(zhuǎn)和橫搖，輸入力矩 將引??tM0起泵的俯仰振動(dòng)，皮帶或鏈條的拉力 ，排出管擾力 除引起水平、鉛垂振動(dòng)外，??tPb??tPp還將對(duì) y 軸和 z 軸 產(chǎn)生擾動(dòng)力矩。目前對(duì)鉆井泵在地基上的振動(dòng)問(wèn)題的研究還剛開(kāi)始，尚缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，還有待于進(jìn)一步研究。2.3 鉆機(jī)的鉆井泵配置在鉆井泵方案設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中，往往給出待設(shè)計(jì)的泵用于鉆深為多少米的鉆機(jī)，或計(jì)劃用于哪一地區(qū)的鉆井等要求。設(shè)計(jì)者應(yīng)針對(duì)這些要求確定待設(shè)計(jì)泵的功率和其它參數(shù)。一般認(rèn)為泵功率的選定應(yīng)與鉆井深度相聯(lián)系。井愈深，泥漿流經(jīng)鉆柱內(nèi)的水力損失愈大，同時(shí)套管層次也隨之增多，開(kāi)鉆時(shí)需要更大的排量。因此，泵功率應(yīng)隨鉆井深度的增加而增大。從鉆井采的發(fā)展史來(lái)看，更大功率的泵也總是因當(dāng)時(shí)鉆井深度的增加而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。但在推廣噴射鉆井技術(shù)以后，上述觀念有所改變。主要是許多地區(qū)的淺井和中深井井段是軟地層，巖石的水力敏感指數(shù)高，應(yīng)提高井底單位面積水馬力以經(jīng)濟(jì)地獲得高鉆井速度。然而，對(duì)于深井和超深井，在鉆進(jìn)下部硬巖時(shí)，增加井底水馬力通常山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 13 -是不經(jīng)濟(jì)的。因?yàn)椴煌貐^(qū)的井對(duì)鉆機(jī)功能要求的側(cè)重面不同。例如，鉆硬巖層時(shí)鉆速低，清洗井底和攜屑所需的水功率就不那么重要，鉆軟地層時(shí)，鉆速常受井底清洗效率的限制，因而鉆頭的有效水馬力大小就顯得非常重要。泵的水功率等于泵壓乘實(shí)際排量；考慮鉆機(jī)的泵配置方案,除了所算得的泵功率之外，還應(yīng)綜合考慮其它以下技術(shù)因素：(1) 單泵鉆進(jìn)還是雙泵并聯(lián)工作，一般希望單泵鉆進(jìn)，即一臺(tái)泵工作，另一臺(tái)泵 待用。這樣可減少因修泵而引起的停鉆；因鉆進(jìn)大井眼時(shí)所需的水功率大大高于鉆進(jìn)完井井段時(shí)所需的水功率，由于鉆表層所需時(shí)間較短時(shí)，一般應(yīng)使用雙泵，但 6000m 井的技術(shù)套管下得較深，下部地層已較硬，故鉆進(jìn)時(shí)也要考慮用單泵。(2) 鉆機(jī)的動(dòng)力配備和移運(yùn)性要求。淺井和中深并鉆機(jī)的動(dòng)力配備較少，不能滿足過(guò)大的鉆井泵需要的動(dòng)力。必要時(shí)可配單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的機(jī)泵組，但這又要考慮移運(yùn)性的要求。(3) 動(dòng)力機(jī)的類(lèi)型。顯然，柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)工況時(shí)泵的機(jī)械效率可能較低，有必要考慮改用功率較小的泵，(4) 每部鉆機(jī)配置泵的臺(tái)數(shù)。除 8000m 鉆機(jī)外，都以兩臺(tái)為宜。因?yàn)橛靡慌_(tái)鉆井泵沒(méi)有后備，而三臺(tái)泵管線又復(fù)雜，安裝、維修、移運(yùn)工作量增大。兩臺(tái)鉆井泵又以同一規(guī)格型號(hào)為好，可減少備件。對(duì)于 8000m 鉆機(jī)，因完井周期特別長(zhǎng)，可考慮三臺(tái)泵，其中一臺(tái)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的小功率泵用于完井井段是很適宜的。山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 14 -3 鉆井泥漿泵泵殼的總體設(shè)計(jì)3.1 鉆井泵泵殼的總體方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)箱體部分是各類(lèi)機(jī)器中重要的基礎(chǔ)件之一，它支撐和包容著各種傳動(dòng)零件，保證其運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和分配，彼此按照一定的傳動(dòng)關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)，因此必須使眾多的軸、套以及齒輪等零件保持其正確的相互位置關(guān)系，所以，箱體零件加工質(zhì)量的好壞對(duì)整臺(tái)機(jī)器的精度、性能和壽命都有直接的影響。箱體一般用鑄鐵(HT150 或 HT200)鑄造而成，在重型機(jī)器中，為了提高剛度和強(qiáng)度，也可用鑄鋼(ZG200-400 或 ZG230-450)鑄造，鑄造箱體質(zhì)量較大，但由于剛性好，易切削，并可得到復(fù)雜的外形，所以應(yīng)用廣泛。在某些單件生產(chǎn)的大型機(jī)器中，箱體還可以用鋼板(Q215 或 Q235)焊接而成，由于焊接箱體重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)周期短，因此本次所設(shè)計(jì)的鉆井泵采用鋼板（Q235）焊接而成，但由于焊接時(shí)易產(chǎn)生熱變形，故要求較高的焊接技術(shù)，并在焊接后進(jìn)行退火處理。鉆井泵泵殼是用來(lái)支撐和固定軸承的組合結(jié)構(gòu)，保證傳動(dòng)零件正常嚙合、良好潤(rùn)滑和密封的基礎(chǔ)零件，其結(jié)構(gòu)和受力都比較復(fù)雜，泵殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在保證剛度、強(qiáng)度要求的前提下，同時(shí)考慮密封可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，有良好的加工和裝配工藝性，維修及使用方便等方面的要求作經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。鉆井泵的設(shè)計(jì)和軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)相互協(xié)調(diào)，配合，交叉進(jìn)行，鉆井泵泵殼主要加工表面是平面和孔，鉆井泵泵殼在設(shè)計(jì)時(shí)必須要做到:(1) 便于軸承組和結(jié)構(gòu)的拆裝及操作。(2) 泵殼必須要有足夠的剛度，強(qiáng)度及抗振性能。(3) 有良好的工藝性(4) 應(yīng)保證機(jī)械加工的工藝要求，盡可能減少機(jī)加工面積和更換道具的次數(shù)，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減小刀具磨損。(5) 加工泵殼時(shí)要保證滿足形位公差要求，主要是兩根軸軸承座孔中心線的平行度，以及它們和缸套孔的垂直度，由于形位公差在加工后很難檢查，所以主要靠機(jī)床和工藝裝備來(lái)保證。(6) 由于機(jī)器工作時(shí)總要產(chǎn)生很大的振動(dòng)并引發(fā)出噪聲，對(duì)周?chē)娜藛T，設(shè)備,產(chǎn)山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 15 -品質(zhì)量及自然環(huán)境都會(huì)帶來(lái)危害與污染，因此隔振也是設(shè)計(jì)箱體時(shí)應(yīng)該同時(shí)考慮的問(wèn)題。查閱相關(guān)資料，目前確定 3NB-1300 鉆井泵泵殼的總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算。鉆井泵泵殼結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示：圖 3.1 鉆井泵泵殼的總體結(jié)構(gòu)鉆井泵泵殼歸納起來(lái)主要有以下部分組成：即前板部分、側(cè)板部分、軸承座、軸承壓蓋、頂板、底座部分、油盒部分、側(cè)蓋板、油管、油池等幾大部分構(gòu)成。3.2 鉆井泵軸承座部分結(jié)構(gòu)為了保證軸承順利工作，除了正確選擇軸承類(lèi)型和尺寸外，還應(yīng)正確設(shè)計(jì)軸承裝置，軸承裝置的設(shè)計(jì)主要是正確解決軸承的安裝、配置、緊固、調(diào)節(jié)、潤(rùn)滑、密封等問(wèn)題。軸和安裝軸承的外殼或者軸承座，以及軸承裝置中的其它受力零件必須有足夠的剛性，因?yàn)檫@些零件的變形都要阻滯滾動(dòng)體的滾動(dòng)而使軸承提前損壞。外殼及軸承座孔壁均應(yīng)有足夠的厚度，外殼上軸承座的懸臂應(yīng)盡可能地縮短，并用加強(qiáng)肋來(lái)增強(qiáng)支撐部位的剛性，如果外殼是用輕合金或非金屬制成的，安裝軸承處應(yīng)采用鋼或鑄鐵制的套杯。對(duì)于一根軸上兩個(gè)支撐的座孔，必須盡可能的保持同心，以免軸承內(nèi)外圈間產(chǎn)生過(guò)大的偏斜。最好的辦法是采用整體結(jié)構(gòu)的外殼，并把安裝軸承的兩個(gè)孔一次鏜出。如在一根山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 16 -軸上裝有不同尺寸的軸承時(shí)，外殼上的軸承孔仍應(yīng)一次鏜出，這時(shí)可利用襯筒來(lái)安裝尺寸較小的軸承，當(dāng)兩個(gè)軸承孔分在兩個(gè)外殼上時(shí)，則應(yīng)把兩個(gè)外殼組合在一起進(jìn)行鏜孔。為保證軸承座的支撐剛度，軸承座孔應(yīng)有一定的壁厚，當(dāng)軸承座孔采用凸緣式軸承壓蓋時(shí)，根據(jù)安裝軸承壓蓋螺釘?shù)男枰_定軸承座厚度就可以滿足剛度的要求，使用嵌入式軸承壓蓋的軸承座一般也采用與用凸緣式軸承壓蓋時(shí)相同的厚度，為了提高軸承座剛度還應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)肋。在安裝軸承座時(shí)，必須嚴(yán)格控制軸承蓋的壓緊程度。過(guò)緊，軸承徑向游隙減少,運(yùn)轉(zhuǎn)受熱膨脹后易燒毀而卡死；過(guò)松，受變載時(shí)必然產(chǎn)生沖擊，相關(guān)的各零件易損壞。軸承座結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3.2 所示：圖 3.2 軸承座結(jié)構(gòu)圖 3.3 泥漿泵軸承壓蓋部分結(jié)構(gòu)軸承壓蓋用來(lái)密封軸承室并且固定軸承相對(duì)于箱體的位置，并且一般情況下，軸承壓蓋與箱體結(jié)合處裝有調(diào)整墊片，用于軸承間隙的調(diào)整，軸承壓蓋一般多用鑄鐵制造，軸承座安裝完畢之后，要用軸承壓蓋壓緊，并且要嚴(yán)格控制軸承蓋的壓緊程度，過(guò)緊，軸承徑向游隙減少，運(yùn)轉(zhuǎn)受熱膨脹后易燒毀而卡死；過(guò)松，受變載時(shí)必然產(chǎn)生沖擊，相關(guān)的各零件易損壞。軸承壓蓋結(jié)構(gòu)如圖 3.3 所示：山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 17 -圖 3.3 軸承壓蓋結(jié)構(gòu)圖3. 4 鉆井泵底座部分結(jié)構(gòu)底座工作能力的主要指標(biāo)是剛度 ，其次是強(qiáng)度和抗振性能，當(dāng)同時(shí)用作滑道時(shí)，滑道部分還應(yīng)具有足夠的耐磨性，此外，對(duì)具體的機(jī)械，還應(yīng)滿足特殊的要求，并力求具有良好的工藝性，底座設(shè)計(jì)成此樣，是為了機(jī)器裝配，調(diào)整，操縱，檢修及維護(hù)等的方便，最左側(cè)是要安裝泥漿泵的液力端，鉆井泵底座結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3.4 所示：圖 3.4 鉆井泵底座結(jié)構(gòu)圖3.5 鉆井泵透氣蓋部分結(jié)構(gòu)透氣蓋屬于通氣裝置，是用于排泄由于傳動(dòng)零件運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓縮氣體，使箱體內(nèi)外平衡，它一般安裝在箱體頂部的視孔蓋上，透氣蓋中設(shè)有金屬網(wǎng)，可防止機(jī)器停機(jī)后灰塵吸入箱體，其尺寸較大，通氣能力較好，鉆井泵透氣蓋結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3.5 所示 ：山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 18 --AA- A-圖 3.5 鉆井泵透氣蓋結(jié)構(gòu)圖3. 6 鉆井泵前板部分結(jié)構(gòu)鉆井泵前板位于鉆井泵泵殼的最前端，液力端與鉆井泵前板用螺釘連接在一起，要求前板具有一定的強(qiáng)度，將前板設(shè)計(jì)成此樣，有利于與液力端的連接。前板結(jié)構(gòu)如圖 3.6所示：圖 3.6 鉆井泵前板結(jié)構(gòu)圖山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 19 -4 三缸泥漿泵的安裝和維護(hù)4.1 安裝泥漿泵及其吸入系統(tǒng)時(shí)注意事項(xiàng)安裝三缸泥漿泵及其吸入系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意: 鉆井泵應(yīng)置于混凝土預(yù)制板的水平基礎(chǔ)上。在基礎(chǔ)和泵的底座之間，有時(shí)還有金屬的泵房底座或拖撬。因此泵應(yīng)校平，在縱向和橫向的最大尺寸的水平偏差不超過(guò) 3mm。否則，可能影響傳動(dòng)端內(nèi)的潤(rùn)滑油的流動(dòng)，造成某些部位潤(rùn)滑不良。大多數(shù)鉆井泵是皮帶或鏈條驅(qū)動(dòng)的，為防止皮帶或鏈條的張緊力將泵移動(dòng)或拉歪，需安置適當(dāng)?shù)捻敆U將泵固定。如果傳動(dòng)皮帶或鏈條與傳動(dòng)軸垂直度較差，對(duì)軸、軸承和齒輪都將產(chǎn)生附加載荷，因此，安裝時(shí)應(yīng)使主動(dòng)鏈輪（或皮帶輪）與鉆井泵傳動(dòng)軸上的被動(dòng)輪在同一平面內(nèi)，主、被動(dòng)輪在輪軸方向的偏離不超過(guò) 2mm 。即使有灌注泵，吸入管也應(yīng)盡可能地短些。中、大功率的三缸泵的吸入管徑選254mm，盡可能取直，不用彎頭。吸入管上的閥門(mén)目前均采用碟閥，其開(kāi)度大，操作方便。吸入管在泥漿罐上的接口中心應(yīng)比罐底高 0.5m 左右，以防止沉砂進(jìn)入吸入管。不可將接口正對(duì)井眼泥漿返回處，否則，還沒(méi)有沉淀的巖屑又會(huì)被吸入鉆井泵中。應(yīng)盡可能使用電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的灌注泵，對(duì)少數(shù)發(fā)電設(shè)備能力低的井隊(duì)，灌注泵由主泵的傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)。這時(shí)應(yīng)注意傳動(dòng)皮帶的速比，使灌注泵在規(guī)定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)泥漿罐位于主泵側(cè)邊時(shí)，灌注泵的吸入管較泥漿罐與主泵相對(duì)布置的情況為短，較為有利。在灌注泵出口和主泵吸入法蘭間應(yīng)裝沒(méi)溢流壓力為 5×105Pa 的安全閥，以防止灌注泵超壓。4.2 泥漿泵啟動(dòng)之前的注意事項(xiàng)三缸泵在啟動(dòng)前，應(yīng)檢查吸入及排出管線上的所有閥門(mén)是否處于正確的位置，傳動(dòng)端大油殼中有足夠數(shù)量的潤(rùn)滑油，并應(yīng)使用硫磷型工業(yè)齒輪油；若泥漿泵已經(jīng)長(zhǎng)期不用，則應(yīng)先用手盤(pán)車(chē)數(shù)圈，使?jié)櫥统錆M各油槽、油路，吸入空氣包和排出空氣包中應(yīng)按規(guī)定壓力充氣。將液缸中灌滿泥漿或水，驅(qū)除空氣后低速啟動(dòng)，逐漸將泵的沖次提高到要求值，以利于吸入和監(jiān)聽(tīng)有否異常聲響等。注意應(yīng)提前啟動(dòng)缸套噴淋泵和灌注泵。初次使用的新泵，在達(dá)到規(guī)定沖次后的 2h 內(nèi)，應(yīng)密切注意潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作和軸承的溫度是否正常。山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 20 -由于鉆井泵輸入的是泥漿介質(zhì)，又是在野外工作，認(rèn)真地執(zhí)行保養(yǎng)維修規(guī)則對(duì)泵的使用顯得格外重要。三缸泵的保養(yǎng)維護(hù)要點(diǎn)如下：為使傳動(dòng)端中的零件不受損傷，關(guān)鍵在于傳動(dòng)端油池中有足夠數(shù)最的清潔的潤(rùn)滑油，并確保潤(rùn)滑系統(tǒng)工作可靠。潤(rùn)滑油中的臟物主要自介桿密封處進(jìn)入；此外，還有少量是傳動(dòng)端零件磨損或剝落的屑末。由此可見(jiàn)，良好的介桿密封至關(guān)重要。通常，每天都要檢查介桿密封．如有黃油嘴，應(yīng)每天加黃油兩次；即使未發(fā)現(xiàn)零件有明顯的損壞，每副介桿密封圈至多只使用一年。無(wú)論介桿密封的設(shè)計(jì)如何良好，總會(huì)有或多或少的泥漿等侵入動(dòng)力端。故在十字頭下面的泵殼部分都設(shè)計(jì)有一個(gè)小油池。受污染的潤(rùn)滑油先進(jìn)入小油池，經(jīng)沉淀后，上部潔凈的油再進(jìn)入大油池。小油池應(yīng)定期清洗（如每周一次） ，若沉淀物積累過(guò)多后小油池也就失去了作用。但很多操作者不注意這一點(diǎn)。傳動(dòng)端一般采用飛濺潤(rùn)滑和強(qiáng)制潤(rùn)滑的雙重系統(tǒng)。經(jīng)驗(yàn)表明，強(qiáng)制潤(rùn)滑對(duì)防止零件的非正常磨損更有效。在大油池中還應(yīng)設(shè)置磁力吸屑器，用以收集金屬磨損物，防止它們隨潤(rùn)滑油進(jìn)入對(duì)磨零件，造成新的損傷。在每次清洗油池時(shí)，也應(yīng)清洗齒輪供油泵、濾清器和磁力吸屑器等潤(rùn)滑系統(tǒng)組件。液力端維護(hù)工作的重點(diǎn)是確保活塞、閥和其它密封部位完好，及時(shí)更換失效的密封圈，防止金屬零件被刺傷。每周應(yīng)檢查閥和活塞一至二次，以觀察磨損程度，螺帽有無(wú)松動(dòng)等。鉆井泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)注意閥箱上的檢查孔有無(wú)泥漿泄漏，以判斷閥蓋是否松動(dòng)或閥蓋密封圈是否失效。各閥檢查后應(yīng)放回原閥座。一般更換新閥體時(shí)也應(yīng)更換新閥座。裝新閥座前應(yīng)將閥座和閥座孔仔細(xì)洗凈、擦干。提高易損件的使用壽命也是鉆井泵日常維護(hù)工作的一項(xiàng)主要目的。在使用同樣質(zhì)量的易損件的條件下，如能注意吸入系統(tǒng)和泥漿凈化系統(tǒng)的維護(hù)工作，可延長(zhǎng)易損件的使用壽命。應(yīng)確保吸入系統(tǒng)各法蘭聯(lián)接處密封良好，防止空氣侵入而影響吸入。為此，吸入管線應(yīng)有必要的支承，避免撞擊、人踩等。充足的吸入壓頭也有助于延長(zhǎng)易損件的壽命。因此，要充分注意灌注泵的維護(hù)工作。灌注泵的軸密封部分允許有每分鐘數(shù)滴液體的泄漏，以延長(zhǎng)填料（或密封圈）壽命。經(jīng)驗(yàn)表明，經(jīng)常通過(guò)盤(pán)根隔環(huán)向密封部位注水可以清潔填料，大幅度延長(zhǎng)其壽命，并能防止空氣進(jìn)入灌注泵。還應(yīng)注意防止臟物帶入灌注泵軸承的潤(rùn)滑脂中。應(yīng)保證泥漿凈化系統(tǒng)的工作，至少應(yīng)排除大于 74 m 的砂粒。?山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 21 -還應(yīng)注意橡膠件的貯藏。不要將橡膠制品放在陽(yáng)光下直射，或存放在溫度較高的泵房或機(jī)房中。而應(yīng)妥善存放在溫度較低而干燥的庫(kù)房中。一般存貯時(shí)間不宜超過(guò)半年。各種易損件應(yīng)達(dá)到的平均壽命為：活塞皮碗： 200h （泵壓≥ 180×105 Pa )300h （泵壓＜ 180×105Pa）雙金屬缸套： 600h 閥 膠 皮 ： 400h 閥 體 ： 800h 閥 座 ： 600h 閥蓋密封墊： 600 h每班都應(yīng)檢查排出、吸入空氣包的氣壓是否符合要求?？諝獍鼘?duì)泵的工作平穩(wěn)性影響極大。排出空氣包氣壓過(guò)低時(shí)，泵和排出管的振動(dòng)就會(huì)明顯加劇，吸入空氣包失效后，灌注泵就會(huì)很快損壞。排出空氣包的氣壓為泵工作壓力的 1/3。但不得超過(guò)60×105Pa。吸入空氣包充氣的表壓為 0.7×105Pa。山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 22 -5 總 結(jié)通過(guò)自己近四個(gè)月的努力，以及老師的精心指導(dǎo)，我們完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在本次設(shè)計(jì)中，我們通過(guò)查閱相關(guān)資料，對(duì)鉆井泥漿泵的工作原理有了一定的了解，對(duì)鉆井泵的各個(gè)組成部分做了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提出并選擇了經(jīng)濟(jì)合理的方案。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，取得了階段性的成果和較大的收獲，學(xué)到了一定的知識(shí)。1.首先分析當(dāng)前泥漿泵的現(xiàn)狀與分析，得出我國(guó)現(xiàn)有泥漿泵研究的不足，以及本文要研究的內(nèi)容，然后進(jìn)一步介紹泥漿泵的工作原理，并且詳細(xì)介紹了鉆井泵泵殼的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)鉆井泵泵殼的結(jié)構(gòu)及組成部分，以及所選材料、成型方法等進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。2.對(duì)鉆井泵總體結(jié)構(gòu)以及主要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定泥漿泵的基本參數(shù)，鉆井泵的整體震動(dòng)，及鉆機(jī)的鉆井泵配置。3.進(jìn)行鉆井泵泵殼的總體設(shè)計(jì)，主要是鉆井泵泵殼的材料，軸承座部分，軸承壓蓋等等主要零部件的設(shè)計(jì)。4.確定鉆井泵的日常維護(hù)，以及鉆井泵的安裝與維修。5.使用 AutoCAD2004 繪制鉆井泵泵殼零件圖，如軸承座，軸承壓蓋，主側(cè)板，側(cè)蓋板，三孔板，底座等。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然取得了階段性成果，但還存在許多不足之處，有待在以后的工作中改進(jìn)。山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 23 -謝 辭本文是在指導(dǎo)教師湯愛(ài)君的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文選題、課題調(diào)研、試驗(yàn)指導(dǎo)、理論分析到論文撰寫(xiě)，無(wú)不傾注了老師的心血和汗水。在此向所有曾經(jīng)關(guān)心和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友致以誠(chéng)摯的謝意！在本設(shè)計(jì)方案提出、修改、總體設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，自始至終都得到了湯老師的精心指導(dǎo)。湯老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、高度的責(zé)任感給我留下了深深的印象，并將使我銘記終生。在此我謹(jǐn)向湯老師致以最衷心的感謝！設(shè)計(jì)不僅是一個(gè)將以前所學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)綜合的過(guò)程，更是一個(gè)自我考驗(yàn)的過(guò)程。在此次設(shè)計(jì)中，老師的悉心指導(dǎo)不僅使我們學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)更好的應(yīng)用到實(shí)踐中去，更重要的是讓我們同時(shí)學(xué)習(xí)到新的知識(shí)，使我的實(shí)踐、動(dòng)手能力有了很大的提高。在論文的整個(gè)完成過(guò)程中，整個(gè)小組的所有同學(xué)給予了我無(wú)私的幫助和熱情的鼓舞，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了激烈的討論，這是一個(gè)相互學(xué)習(xí)和交流的過(guò)程。正是在他們的幫助下，才使我順利的將課題完成，在此表示衷心的感謝他們?cè)谡撐耐瓿蛇^(guò)程中對(duì)我給予的幫助和配合！也向所有關(guān)心、支持我的同學(xué)表示感謝！山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 24 -參考文獻(xiàn)[1] 濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M ]. 北京:高等教育出版社,2006.[2] 王旭，王積森. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) [M ]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.[3] 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