往复泵动力端设计.doc
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三缸活塞往复泵设计
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,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,不便于车台布置等问题。
3.阅读的主要参考文献及资料名称
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[2]沈雪海.往复泵设计.机械工业出版社.1987.
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[4]万邦烈.采油机械的设计计算.石油工业出版社.1994.
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[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良贵纪名刚主编.机械设计(第七版)高等教育出版社.2001
[9]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.
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[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:
1980
[18]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.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3"1502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1.1HT400三缸柱塞泵动力图1.2HT400三缸柱塞泵动力端
(二)
动力端分析
图1.3HT400三缸柱塞泵液力端
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0.152~0.203mm,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1700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,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3YLC105-1340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品
图4500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、电器仪表系统、润滑系统、吸入和排出系统。
选装斯泰尔6×4、北方奔驰载重汽车底盘,可以按照用户要求配置其他6×4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
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- 往复泵 动力 设计