150 型全液压注浆泵设计1摘 要随着产品技术水平的不断提高，油田 80%以上钻机产品的功能设置及实际使用的需要，都要求配备往复式泥浆泵。在钻机各部件的动力传动中，除空压机，泥浆泵外其它部件均采用了液压传动及控制技术，由于机械式往复泥浆泵结构复杂，动力传动及流量控制不灵活，冲击大，重量重影响了钻机产品整体水平的提高。以往的 150 型注浆泵都是采用了机械动力源，而这次课题的设计主要是将机械动力源改进为全液压动力源。该方案使用了液控自动往复机构原理，不同于以往的机械往复机构。该换向机构及控制原理简单，换向平稳、可靠，换向时间可调，无死点。系统所使用零件皆为通用件，加工容易，成本低，易磨损零件少，易于实现工业化生产和推广，只要机构设计合理、计算准确可以避免换向时的冲击现象，保证系统换向自如。本次设计收集关于泥浆泵的资料、分析了液压自动换向机构、提出了新型液压泥浆泵系统的设计方案，然后对机械与液压系统进行设计与计算并通过三维软件制出 150型全液压泥浆泵的三维图。关键字：关键字：泥浆泵 液压 自动换向 三维设计150 型全液压注浆泵设计2AbstractWith increasing levels of product technology , more than 80% oil rig product feature set and requires actual use , are required with a reciprocating mud . The power transmission member of the drilling rig , in addition to the air compressor , the other parts are made of mud outside the hydraulic drive and control technology , the complexity of the mechanical structure of the reciprocating mud pump , flow control and power transmission is not flexible , shock , heavy weight influence the improvement of the overall level of rig products .Past 150 injection pump are using mechanical power source , and this topic is designed primarily to improve the mechanical power source for the full hydraulic power source. The program uses the principle of automatic reciprocating hydraulic control mechanism , unlike the conventional mechanical reciprocating mechanism . The commutation mechanism and control principle is simple, for the smooth , reliable commutation time is adjustable, no dead spots . System used parts are common parts, easy processing , low cost, easy to less wear and tear parts , easy to implement industrial production and promotion, as long as the institutions designed to calculate the exact impact of the phenomenon can be avoided when reversing , ensure that the system commutation freely.The design of the collection of information about the mud , the analysis of the hydraulic automatic reversing mechanism proposed new hydraulic mud system design , and mechanical and hydraulic system design and calculation , and the whole system out of 150 hydraulic mud through three-dimensional software pump three-dimensional map .Keywords: Mud pump Aydraulic Automatic commutation 3D design150 型全液压注浆泵设计3目 录摘 要.1Abstract.2第一章 绪论.41.1 概述.41.1.1 泥浆泵介绍.41.1.2 泥浆泵的作用和特点.51.1.3 钻探工作对泥浆泵性能的要求.52）泥浆泵的排出压力也要能在较大范围进行调节；.61.2 泥浆泵的发展现况.61.3 泥浆泵的国内外研究现状.71.3.1 国外研究现状.71.3.2 国内研究现状.71.4 课题研究背景及主要任务.8第二章 全液压泥浆泵的总体设计.92.1 液压泥浆泵简介.92.2 传统式泥浆泵的原理分析.102.3 方案设计.102.3.1 方案一：机动一液控自动换向机构.112.3.2 方案二：机动电控自动换向机构.112.3.3 方案三：电液换向阀的换向机构.122.3.4 方案四：液控自动往复换向机构.132.4 方案的确定.14第三章 全液压泥浆泵的设计计算.153.1 参数要求.153.2 泵的设计.153.2.1 泵的结构设计.153.2.2 泵的功率计算.153.2.3 各零部件的尺寸确定和校核.163.2.4 进出油口径的确定.183.3 驱动油缸的设计.19150 型全液压注浆泵设计43.3.1 驱动油缸的结构设计.193.3.2 液压系统的功率计算.203.3.3液压系统参数计算.20第四章 全液压泥浆泵的计算机设计绘图.254.1 缸体的设计.254.2 泵体的设计.264.3 缸盖的设计.274.4 活塞的设计.274.4 泥浆泵装配设计.28第五章 全液压泥浆泵的使用和维护.295.1 安装.295.2 泥浆泵的使用与维护.295.2.1 泥浆泵在开启前的维护与保养.305.2.2 泥浆泵在运转过程中的使用与维护.30第六章 150 型泥浆泵的经济可行性分析.32结 论.33参考文献.34致 谢.35附录：外文翻译.36150 型全液压注浆泵设计5第一章 绪论1.1 概述1.1.1 泥浆泵介绍泥浆泵，是指在钻探过程中向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探设备的重要组成部分。在常用的正循环钻探中它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活塞或柱塞在泵缸中做往复运动。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。1.1.2 泥浆泵的作用和特点在使用旋转钻井法钻石油、天然气井的作业中，钻井往复泵用于泵送钻井液泥浆，使其循环流动进行冲井。所以钻井泵通常被称为泥浆泵。按其工作重要性，又被比拟为“钻机的心脏”。泥浆循环是旋转钻井过程中的关键作业，主要有以下作用:150 型全液压注浆泵设计61）清除井底的岩屑并将其经由环形空间携至地面；2）在井壁上造泥饼，防止井壁坍塌；3）平衡或控制已钻开的井段中的油、气、水层压力，防止井喷；4）处理井下复杂情况。如遇裂缝地层时泵入堵漏材料，遇卡钻时泵入原油、柴油解卡等。5）冷却钻头，润滑旋转的钻柱。1.1.3 钻探工作对泥浆泵性能的要求钻探工作对泥浆泵的要求主要有以下几点：1）泥浆泵的排量要能简便、迅速地在较大范围进行调节，最好能实现无级调节；2）泥浆泵的排出压力也要能在较大范围进行调节；3）当根据钻进工艺规程将泵量调定以后，它不能随泵的排出压力的变化而发生变化；4）工作可靠、易损件寿命长、便于维修保养；5）要能适应不利条件下的工作；6）运移性要好。1.2 泥浆泵的发展现况到目前为止，使用泥浆泵钻井己有一百多年的历史。早期的泥浆泵的功能仅在于循环泥浆、冷却井底、携带岩屑和在井壁形成泥饼。在四十年代末，采用了喷射式钻井，以及后来的井下动力钻具钻井，利用高压泥浆的冲蚀力辅助破碎岩石可以加快钻井速度，利用泥浆的动力驱动井下涡轮钻具也可以旋转钻井，从而扩大了泥浆泵的功能和使用范围。泥浆泵早期的典型结构是双缸双作用泵，这种泵使用时比较可靠，但是体积和重量都较大，效率低，压力波动大。随着钻井井深的增加和套管层次的增多，对钻井泵的排量和泵压提出了愈来愈高的要求。这也导致了泵功率的急剧加大，泵的重量和外形尺寸也随之增加。为减轻泵重，当时在双缸泵的设计上较大的改进是以钢代铁和减小泵宽。以钢带铁是用钢板焊接的泵壳代换铸铁泵壳，并将一些零件改用优质合金钢制造;减小泵宽是应用大直径的滚动轴承作连杆大端支撑，摒弃悬臂曲拐轴设计。这样，两缸中心距明显缩小。这些都是50年代双缸泵的主要改进之处。当然，除此之外在细节结构上也有不少改进。尽管在50-60年代喷射钻井工艺本身提出了Pa的泵压5210 10要求，但双缸泵的实际持续工作泵压只能达到Pa左右。限制泵压提高的主要因5150 10素是活塞橡胶皮碗的寿命。双缸双作用泵的活塞是“捂”在缸体里的，冷却散热条件极差。尽管冲次不高，但在高压下由于活塞皮碗与缸套的摩擦，仍将产生100上下的温度:再加上与缸套间的各种磨损作用，皮碗很快老化破裂，不能保证钻井作业的正常150 型全液压注浆泵设计7进行和使用的合理寿命。但这种单向活塞和敞口缸套的结构给吸入带来了特殊的问题，即三缸泵的吸入过程中，只要缸内压力低于当地大气压，空气就可能从活塞背后侵入液缸而破坏正常吸入。所以，在原则上三缸泵应配置灌注泵，这也是国外通常的做法。三缸单作用泥浆泵的优点在于体积小、重量轻、效率高、压力波动小，特别适用于钻井。三缸单作用泥浆泵经过三十多年的不断改进和完善，在性能上、结构上、可靠性、适应性与经济性等方面，已经走向成熟，使用效果也很显著。在我国，第一台泵是五十年代诞生的，为双缸泵。在七十年代，由于钻井工艺的试验和推广，引进国外三缸泵及技术。从此开始了三缸泵的研制工作，它在短短的数年中取代了双缸泵，成为提高喷射钻井水平的关键设备。1.3 泥浆泵的国内外研究现状1.3.1 国外研究现状 国外对注浆泵的研究开发起步比较早，技术也比国内先进德国是欧洲注浆泵发展最快的国家,第一台得到成功应用的注浆泵就是在德国诞生,对注浆泵的起步和发展做出很大贡献 1932 年由荷兰开发的第一台机械式注浆泵，明确了注浆泵的构造原理，为后来的机械式注浆泵开发奠定了基础随着科学技术的快速进步，注浆泵往复换向的驱动方式也从最初的机械式驱动发展到现在的机电一体化形式机械式驱动方式以曲柄滑块机构为主,采用机械驱动的注浆泵重量大、结构复杂、磨损较快，造价高，所以现在使用场合较少“当前应用较多的几种自动换向机构是:机动一液控,机动一电控,电一液,以及全液压控制方式”它们依据自身特点,在适当的工作场合使用,都能较好的实现往复换向不足之处在于,综合前三种驱动方式,机械碰撞使系统的可靠性不高，再有受电磁换向阀的电磁推力影响，不适合大流量阀，流量太大

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The power transmission member of the drilling rig , in addition to the air compressor , the other parts are made of mud outside the hydraulic drive and control technology , the complexity of the mechanical structure of the reciprocating mud pump , flow control and power transmission is not flexible , shock , heavy weight influence the improvement of the overall level of rig products .Past 150 injection pump are using mechanical power source , and this topic is designed primarily to improve the mechanical power source for the full hydraulic power source. The program uses the principle of automatic reciprocating hydraulic control mechanism , unlike the conventional mechanical reciprocating mechanism . The commutation mechanism and control principle is simple, for the smooth , reliable commutation time is adjustable, no dead spots . 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