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1、 6 5往复泵的结构和特点 一 双缸双作用活塞泵 二 三缸双作用活塞泵 三 三缸单作用活塞泵 返回 四 柱塞泵 五 其它型式往复泵 往复泵的主要型式是活塞泵和柱塞泵 活塞泵中以三缸单作用泵和双缸双作用泵为主 柱塞泵主要用于向井底注入高压水 作为注水泵 从地面向井下水力活塞泵注入动力液 作为地面站的动力泵 在固井和压裂酸化设备中用于向井底或地层注入高压水泥液或压裂 酸化液 作为固井泵或压裂泵 等等 一 双缸双作用活塞泵 双缸双作用活塞泵的结构方案如图所示主轴上有两个互成90o的曲柄 分别带动两个活塞在液缸中作往复运动 液缸两端分别装有吸入阀和排出阀 当活塞向液力端运动时 左边的排出阀打开 吸入阀
2、关闭 活塞前端工作室 前缸 内液体排出 而右边的排出阀关闭 吸入阀打开 活塞后端工作室 后缸 吸入液体 当活塞向动力端运动时 则情况正好与上述相反 图 b 是双缸双作用往复泵的流量曲线 两个液缸的前后缸的瞬时流量近似按正弦规律变化 前缸流量曲线为a2 b2 后缸流量曲线为a1 b1 将其纵坐标叠加 就可得到整台泵的流量曲线 它反映了泵工作过程中吸入和排出的流量随曲柄转角 的变化规律 曲线起伏越大 说明泵的流量越不均匀 双缸双作用往复泵由动力端 驱动部分 和液力端 水力部分 组成 双缸双作用活塞泵的动力端 双缸双作用活塞泵的动力端由传动轴 主轴 曲轴 齿轮 曲柄连杆机构 壳体 底座 等组成 其作
3、用是变主轴的旋转运动为活塞的往复运动 同时传递动力和减速 双缸双作用活塞泵传动轴的两端外伸出壳体 可由左方或右方安装皮带轮 满足现场整套钻机的安装要求 动力机的动力由皮带传送到传动轴皮带轮上 通过传动轴上的主动齿轮 小斜齿轮 驱动主轴上的被动齿轮 大斜齿轮 带动主轴及固定其上的偏心轮旋转 再通过连杆等带动十字头和活塞做往复运动 工作过程中 连杆相对偏心轮做摆动 动力端的十字头用于介杆的导向 使介杆 活塞等不受曲柄切向力的影响 减少介杆和活塞的磨损 十字头上 下部一般都有滑履 与机座上的导板相接触 磨损后可 单独更换 双缸双作用活塞泵的液力端 活塞泵的液体端 又称水力部分 包括泵体 阀箱 缸套活
4、塞 活塞杆 密封盒 泵阀等 双缸双作用液力端每个液缸的两端各有一个吸入和排出阀箱 吸入阀上部与液缸连通 下部与吸入管连通 排出阀上部与排出管连通 下部与液缸连通 其作用是从吸入池吸入低压液体 通过活塞的作用 变机械能为液压能 向井底输送高压液体 实现液体的循环 冷却钻头 冲洗井底和携带岩屑 二 三缸双作用活塞泵 三缸双作用钻井泵各曲柄间的夹角为120o 该泵的优点是流量比双缸双作用泵均匀 缺点是易损件多 结构复杂 加工和拆装困难 曲轴受力恶化 在石油矿场应用较少 三 三缸单作用活塞泵 三缸单作用活塞泵于60年代中期研制成功 并作为双缸双作用钻井泵的替代产品迅速推广使用 三缸单作用钻井泵的代号三
5、缸单作用活塞泵的特点三缸单作用活塞泵的组成 三缸单作用活塞泵的特点优点 缸径小 冲程短 冲次较高 在功率相近的条件下 体积小 重量轻 缸套在液缸外部用夹持器 卡箍等 固定 活塞杆与介杆也用夹持器固定 因而拆装方便 活塞杆无需密封 工作寿命长 活塞单面工作 可以从后部喷进冷却液体 对缸套和活塞进行冲洗和润滑 有利于提高缸套与活塞的寿命 泵的流量均匀 压力波动小 三缸单作用泵的主要问题 由于泵的冲次提高导致其自吸能力降低 通常情况下应该配备灌注系统 即由另一台灌注泵向三缸单作用泵的吸入口供给一定压力的液体 这样便增加了附属设备 由于单作用泵活塞的后端外露 且外露圆周比双作用泵活塞杆密封大的多 在自
6、吸的条件下 当处于吸入过程时 液缸内压力降低 假如缸套和活塞配合之处松弛 外部空气有可能进入液缸 从而导致泵工作不平稳 降低容积效率 组成 三缸单作用活塞泵仍然由动力端和液力端组成 动力端 三缸单作用活塞泵动力端的主要部分由主动轴 传动轴 被动轴 主轴和曲轴 十字头等组成 液力端 单作用泵的每个缸套只有一个吸入阀和排出阀 故其液力端结构比双作用泵液力端简单 目前的三缸单作用泵的泵头主要有L型 I型和T型三种型式 四 柱塞泵柱塞泵的用途及代号柱塞泵的工作原理压裂泵固井水泥泵注水用柱塞泵 柱塞泵的用途及代号用途 柱塞泵在石油矿场主要作为压裂泵 固井水泥泵和注水泵 它们之间只有压力和流量等性能参数的
7、不同 结构和工作原理并无实质性区别 将压裂液送入井内 并借助高压在油层中造成裂缝 或使原油层裂缝扩大的柱塞泵 称作压裂泵 将水泥浆注入油井 使套管与井壁牢固连接的柱塞泵 称作水泥泵 向井内输送高压水 进入油层驱油和补充地层能量的柱塞泵 称作注水泵 Z 变型代号 用罗马字母表示阀结构 锥阀省略 球阀为Q 板阀为B额定排出压力 MPa 阿拉伯数字表示额定流量 m3 h 阿拉伯数字表示结构型式 立式 L 卧式不表示柱塞泵泵型代号 汉语拼音字母字头柱塞数目 阿拉伯数字表示 柱塞泵的工作原理柱塞泵与活塞泵的区别柱塞泵与活塞泵类似 其主要区别在于往复运动件的密封形式上 活塞泵的活塞直径外表面与钢套内表面紧
8、密配合 活塞的往复运动改变钢套内部容积 实现液体的吸入和排出 柱塞泵的柱塞采用如图所示的密封结构 柱塞泵的工作原理柱塞运动不断改变液缸内的充液容积 实现液体的吸入和排出 布置型式柱塞泵的布置型式有卧式 立式和V型等 缸数有三缸 五缸等 目前石油矿场上使用的多为卧式三缸柱塞泵 结构相对比较简单 柱塞泵的结构特点柱塞密封在泵缸之外 便于拆装 调节 还可以通过冷却液冲洗磨擦表面降低温度 柱塞泵通常由柴油机 电动机作动力 有的在泵外减速 动力直接传递到曲轴上 有的在泵内装有减速机构 曲轴通常采用偏心机构 冲程较短而冲次较高 连杆大头有的采用整体式滚动轴承 如同钻井泵那样 但较多见的还是剖分式滑动轴承
9、便于安装 压裂泵美国BJ公司122 T型压裂车上佩斯梅克 BJ Pacemaker 型三缸柱塞泵美国Halliburton公司生产的用于固井 压裂的HT 400型三缸柱塞泵国产3H 8 450型三柱塞泵 兰州通用机器厂生产的SNC 2F大型水泥车上配备的专用水泥泵该泵动力端采用曲轴中心线下沉40mm的结构 可以减小十字头的比压和连杆十字头部分的体积 泵体由高强度合金结构钢与铸钢组焊而成 曲轴由高强度合金钢锻压后 切削成三拐曲柄偏心盘结构 连杆大头采用双金属耐磨合金轴承 小头采用特殊青铜制成的耐磨滑动轴承 泵的液力端为直通型 采用三块阀箱独立结构 排出流道采用合金锻压后切削而成的汇流块 偏置于液
10、力端的前端面 吸入阀有组合式和整体式两种 柱塞采用空心结构 由弹性杆与十字头连接 冲程长度180mm 柱塞采用V型橡胶自紧式密封 动力端与液力端之间设有油池 柱塞沉浸在机油中 借以冷却和润滑柱塞 为了提高泵的效率 同时为了满足注水压力进一步提高的需要 油田注水中 有些场合以柱塞泵代替离心泵 用于向井内注入高压液体 借以驱油 提高油田采油量 大港油田制造的3H 8 450型高压三缸柱塞泵 其性能与结构等 同美国生产的TA5及4JC 3型柱塞泵相近 国产3H 8 450型三柱塞泵 冲程长度127mm 冲次370min 1 5级柱塞 57 35mm 相应工作压力17 2 45 7MPa 流量21 6
11、 8 1m h 装机功率110kw HT 400型三缸柱塞泵冲程长度为8 最高冲次为275min 1 泵的动力端为蜗轮蜗杆传动一种是圆柱蜗杆传动 传动比8 6 另一种是球面蜗杆传动 传动比8 4 蜗轮副安装有左右之分 面向液力端 蜗轮副在右手边的为右向动 在左手边的为左向动 蜗轮通过一套浮动机构 外齿板 内齿套等 用18个柱销将动力传递到曲轴上 故当载荷不均匀时 可以产生弹性变形 起浮动作用 从而降低偏载系数 保证蜗轮副准确啮合 曲轴用锻钢制造 由四个滚子轴承支撑 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 磨损后都可更换 十字头为铸钢加工件 上下表面装有可拆卸的
12、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 HT 400型泵的液力端有五种尺寸规格 分别适用于五种柱塞直径 由三个完全相同的单个泵头用螺栓组合于机架之上 柱塞为空心柱塞 通过弹性杆穿过其内孔与十字头相连 泵阀为双向导阀锻钢件 该泵动力端机座 箱壳 由合金钢板焊接而成 内有一级齿轮减速 动力可由传动轴的两侧输入 使泵的曲轴可以顺时针或逆时针旋转 传动轴由两个实心轴和一段钢管组焊而成 重量轻 强度高 通过花键与小螺旋齿轮连接 两端采用青铜衬巴式合金滑动轴承 大螺旋齿轮用键固定在曲轴上 齿轮上还配以平衡重 使不平衡质量的振动状态
13、趋于最小 连杆是整体铸造的 十字头由轻质高合金钢制成整体圆筒形 十字头及其导板和全部轴承靠压力油润滑 该泵液力端的液流通道采用T形结构 排出阀采用翼型导向 吸入阀采用柱型导向 相当于去掉吸入阀室部分 使液力端的重量减少20 30 泵头由整块高合金钢坯加工而成 内部有较厚的硬化层 柱塞有3 5 4 和4 5 三种规格 通过密封盒中的支撑环向密封盒中灌注润滑油 对密封件起润滑作用 同时设置柱塞冲洗系统 用细的水流冲刷外露柱塞表面的细磨粒 泥浆或其它腐蚀性物质 活塞杆及活塞总成 缸套及缸套座 泵壳 机座 总成 排出液缸 排出管 吸入液缸及吸入阀总成总成 吸入管及底座 T型布置泵头 由排出缸 吸入缸及
14、T型流道三大块组成 主要特点时吸入阀水平布置 排出阀垂直布置 综合了L型和I型泵头的优点 既可分块制造 便于吸入阀的拆装和检修 又取消了吸入室 使泵头结构紧凑 内部余隙容积较小 重量较轻 不足之处是 更换吸入阀时需卸下吸入液缸及弯管 泥浆漏失较多 吸入管汇 吸入阀 活塞杆 活塞 排出阀 排出管汇 I型泵头 这种直通形泵头的液力端结构紧凑 重量较轻 缸内余隙流道长度短 有利于自吸 但更换吸入阀座时 必须先拆除上方的排出阀 采用带筋阀座时 还要先取出排出阀座 检修比较困难 吸入管汇 吸入阀 活塞 活塞杆 排出阀 排出管汇 L型泵头可将吸入泵头和排出泵头分块制造 组成复合式泵头 其吸入阀可单独拆卸
15、检修和维护方便 泥浆漏失也较少 但结构不紧凑 泵内余隙流道长 泵头重量大 自吸能力差 十字头总成 十字头是传递活塞力的重要部件 同时 又对活塞在缸套内作往复平直运动起导向作用 使介杆 活塞等不受曲柄切向力的影响 减少介杆和活塞的磨损 曲轴通过连杆和十字头销带动十字头体作往复运动 十字头体又通过介杆带动活塞作往复运动 连杆小头与十字头销之间装有圆柱滚子或滚针轴承 十字头体上有的装有铸铁滑履 在导板上往复滑动 导板通常是铸铁件 固定在机壳上 通过调节导板下部垫片使十字头体与导板之间保持一定间隙 当泵反转时 如间隙过大 则十字头落到导板上将会产生过大的冲击力 曲轴总成 曲轴 被动轴 是钻井泵中最重要
16、的零件之一 结构和受力都十分复杂 其上装有大人字齿轮和三根连杆大头 大齿轮圈用铰制孔螺栓与曲轴上的轮毂紧固为一体 三个连杆轴承的内圈热套在曲轴上 连杆大头热套在轴承外圈上 国产三缸单作用泵的曲轴大体上有两种结构型式 一种是碳钢和合金钢铸造的整体式空心曲轴结构 另一种是锻造直轴加偏心轮结构 其特点是改铸件为锻件 化整体件为组装件 便于保证毛坯的质量 加工和修理比较方便 国外三缸泵中有的采用锻焊结构曲轴 即将曲轴和齿轮轮毂都焊接在直轴上 再加工为整体式曲轴 三缸单作用泵整体式曲轴总成 1 齿轮轴 2 键 6 7 左 右轴承座 8 轴套 3 驱动灌注泵的三角皮带轮 4 驱动喷淋泵的三角皮带轮 5 轴承 9 大皮带轮 钻井泵传动轴总成 轴的两端对称外伸 可在任一端安装大皮带轮或链轮 轴两端的支承采用双列向心球面球轴承或单列向心短圆柱滚子轴承 可以保证有一定的轴向浮动 传动轴与小齿轮可以为整体式齿轮轴结构形式 也可以采用齿圈热套到轴上的组合形式 整体式齿轴结构形式 具有较大的刚性 多见于国外泵 齿圈热套到轴上的组合形式 齿圈与轴可选用不同的材料和热处理工艺 容易保证齿面硬度 轴的强度和韧性要求
