（图纸+论文）BW100型泥浆泵曲轴箱与液力端特性分析设计（全套完整）

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。

往复式泵的流量不均匀度过大，将给钻探工作带来以下不良影响．使冲洗液携带岩粉的能力降低，容易造成埋钻糊钻等事故．会导致液流压力波动增大，从而引起孔壁坍塌或严重漏失．造成吸入系统内液流惯性增大，使吸入性能变坏，使液缸内出现强烈的冲击现象，还可能形成排出系统发生振动，降低泵及其附件的使用寿命．当给涡轮钻具螺杆钻具等提供动力介质时，冲洗液流量的波动会使钻具运转不平稳，时快时慢，还使得原动机功率的无谓消耗增加。

.本章小结本章主要介绍了泥浆泵的工作原理，分析了活塞的运动规律泥浆泵的流量曲线和流量不均度对泥浆泵工作产生的影响，为型泥浆泵下步的设计打下坚实的基础.第三章泥浆泵整体及其关键部件的设计.型泥浆泵主参数的确定主要技术参数曲轴箱变速级泵量。

泵压驱动功率.缸径活塞行程活塞往复次数驱动方式电动机离合器四级变速箱曲轴箱刚性轴传动。

.整体设计方案单作用往复式泥浆泵，绝大多数是采用曲柄连杆传动的。

本设计也采用此种方案，它由动力端和液力端两大部分组成。

动力端及其关键部件设计和解决方案动力端的功能，是将动力机的回转运动转变为活塞或柱塞的直线往复运动。

它包括传动离合装置变速减速装置和曲柄连杆。

它们的相互位置与安排决定着泵的总体结构型式，决定着泵的驱动方案及结构方案的选择。

动力端的主要零部件包括皮带轮，离合器曲轴箱体及其中的传动轴，齿轮副，曲轴，连杆及十字头滑块。

按离合器的安排形式，动力端的结构方案为利用拨叉式皮带带动中间装置上的空转轮和工作轮实现离合。

按曲轴箱传动结构方式不同，动力端的结构方案为曲轴箱内采用具有剖分式的曲拐轴方案，曲轴箱采用铸铁件。

设计曲轴箱体时，使内部所有零部件安装检修方便有良好的润滑条件加工时应保证驱动部分零件之间有精确配合，特别要保证液缸中心距的精度要求。

曲轴曲轴是泥浆泵的重要部件，本设计中传动轴采用曲拐轴形式。

如下图所示图曲轴曲拐轴采用球墨铸铁制成，三个曲柄相互相位差为度，两端与轴承相配合，中间用螺栓与齿轮箱连接，传递力和扭矩。

因此曲轴是泥浆泵的重要组成部件连杆连杆是泥浆泵中重要的连接部件。

连杆大头与曲轴相连，小头与十字销相连，中间部分为连杆体。

杆体截面采用工字形。

连杆大头做成剖分式，连杆小头用铸铁制造，显微组织为均匀回火索氏体，正火处理后硬度已达到.满足要求。

曲柄连杆机构与活塞的运动情况如图所示。

图曲柄连杆机构与活塞运动情况示意图若曲柄回转中活塞中心线位于同个水平面内，以活塞在泵缸左端终点位置为坐标原点。

此时图中角，均等于零。

当曲柄顺时针转动时，则活塞自左向右运动，其运动距离为式中连杆长度曲轴半径曲柄的转角连杆的摆角。

当活塞自由向左运动时，计算式相同，但右边两项之间取号，将值换为的三角函数表示则应为上式按牛顿二项式展开，可得活塞的位移，速度，加速度的近似计算方程往复式泵活塞运动速度不是定值，而是每瞬时都在变化，而且是近似按正弦规律变化从上式可知，活塞运动加速度也是在变化的，它在往复运动过程中，近似按余弦规律变化。

以单杠泵为例，它在排出液体过程中，活塞自时刻起，经过时间，活塞移动距离为，则在时刻泵的瞬时排量为式中活塞冲程，为曲柄半径的倍。

对于三缸单作用泵，其曲柄互成度夹角。

曲柄回转周，三个液缸各排出液体次，故流量变化曲线图上有三条近似正弦曲线。

泵的瞬时流量应是各条曲线在同时刻的纵坐标数值之和，如下图所示图三缸单作用泵瞬时排量曲线活塞的运动规律决定了瞬时流量的变化规律。

不同缸数的往复式泵，其瞬时流量的变化范围不同，产生流量不均匀。

.泥浆泵流量不均度流量不均度是用来衡量往复泵流量脉动程度的指标。

式中泵的最大瞬时流量泵的最小瞬时流量泵的理论平均流量。

.回采上部或下部生产层.修井作业方式可以归纳为三大类起下作业。

如油管抽油杆深井泵等井下设备及工具的起下，以及抽汲捞砂机械清蜡的起下等液体循环作业。

如冲砂热洗挤水泥及循环泥浆等。

旋转作业。

如钻水泥塞，钻沙堵，以及扩孔重钻加深和修补套管等。

完成上述作业的设备，也基本上分为起下设备如通井机轻型修井机等，冲洗设备如洗并机水泥车锅炉车等，以及配备有起升系统旋转系统和循环系统的中型重型修井机等。

这些设备大多数都是由些与钻机相类似的机组组成。

不同的是这些设备所需的功率相对较小，机动性较高，般都固装于汽车拖拉机或拖车上。

.设计的提出及设计说明书的主要工作泥浆泵是石油矿场钻井作业中的关键设备之，它的性能结构可靠性适应性经济性以及使用寿命，直接影响着钻井质量的好坏。

本课题的目的就是设计出种能够满足生产实践要求的泥浆泵，并对其主要零部件特别是油田作业时易产生失效的零部件如曲轴齿轮等进行相应的强度校核。

.本章小结本章介绍了泥浆泵的作用和特点发展情况以及修井作业的工作内容和作业方式。

提出了设计题目及设计说明书的主要内容，从而为设计出型卧式三缸单作用泥浆泵打下了定的基础。

第二章泥浆泵的运动机理.引言泥浆泵是地质钻探设备的心脏，它是固井压裂酸化等作业中的关键设备之，它在石油化工煤气化工工程电站矿山开采船舶等行业中也起着重要作用。

泥浆泵属于往复泵，往复泵的突出优点是高泵压，泵压不随流量排量变化，泵的效率高并且不随流量变化，能输送高粘度高含砂量及含磨砺性固体颗粒的液体.同其它类型泵相比，往复泵的缺点是流量比较小，瞬时流量和泵压是脉动的，泵的体积大，易损件较多，维修工作量大。

尽管往复泵有上述不足，但是，这并不意味着往复泵有全部被其它类型泵所取代的趋势。

今后往复泵发展的趋势是充分发挥往复泵配套性强，适应介质广泛的优势，充分发挥往复泵在流量较小而排出压力很高时整机效率高及运转性能好的优势，充分发挥往复泵的流量与排出压力无关的优势.当然，要使往复泵不断发展，不仅要充分发挥它的优势，而且还要不断地克服它的缺点。

型泥浆泵是三缸单作用泵，对单作用泵来说其工作原理可下图简化说明图为单缸单作用泵工作原理示意图。

它由滤水器吸入阀泵缸即工作腔室活塞活塞杆十字头连杆曲柄轴曲柄销排出阀排出管道等主要零部件组成。

图往复式泵工作原理示意图．滤水器.吸入阀.泵缸.活塞.活塞杆.十字头.连杆.曲柄轴.曲柄.排出阀.排出管道通常以十字头为分界线，靠近泵缸端称为泵的液力端，靠近动力输入端称为泵的动力端。

动力机通过皮带皮带轮齿轮等传动件带动主轴旋轮，曲柄，泥浆泵，曲轴，液力端，特性，分析，设计，毕业设计，全套，图纸第章绪论.往复泵的应用与发展往复泵是最早出现的泵类机械，曾在工业界广泛使用。

世纪末和世纪初，德国的魏斯特法尔.和贝尔格.等人曾对往复泵技术基础理论的研究做出了杰出的贡献。

贝尔格的活塞泵书是当时关于往复泵原理和设计的权威性著作。

这本著作中有关泵阀运动的分析和公式，吸入排出过程中液缸内压力变化的规律，吸入管中的惯性水头值计算等至今仍被引用。

但在世纪中，后起的离心泵转子泵等在许多应用领域取代了往复泵。

其主要原因就是它们的结构简单，通用性强。

受此影响，往复泵的技术基础理论和没计制造技术的研究发展工作长期停滞不前，特别是在基础理论方面，往复泵无论是与内燃机活塞式压缩机等往复式机械相比，还是与离心系等动力式泵相比，其差距都是相当大的。

但是，往复泵所具有的些性能上的特点和优点是其它类型泵无法比拟的。

因而它的应用也不可被取代。

除了上面提到的在泵压变化的条件下可实现排量恒定外，还有能在严苛条件下泵送特种介质腐蚀性磨砺性高粘度离密度高温等，效率高，排出压力高等特点。

这些特点决定了往复泵将在下列领域保留它的应用在化工厂中用于泵送特种介质用于矿业生产中输送煤浆金属矿浆等，包括远距离输送作业用于石油天然气矿场的钻井固井压裂注水等作业石化药品食品等生产流程中的配料计量泵为水压机等锻压机提供动力的高压液压泵。

在以上几种应用场合中，不但所要求的排量压力功率和驱动传动型式相差甚远，而且为适应各种不同的特种介质和性能要求，泵的液力端结构设计差别很大。

从这个意义上来说，往复泵在今日已不再是种“通用机械”了。

方面各应用领域内生产产品工艺规模的发展变化，使各类往复系统更好地适应和满足生产部门的需要另方面各类往复泵之间仍需要相互借鉴和启发。

在本世纪后半叶，由于应用往复泵的资源开发石油化工及其它化工重型机器制造等工业部门的发展需要，往复泵的基础理论与研究和新产品开发工作又受到定程度的重视。

主要研究成果大多以该应用领域用泵，如计量泵钻井泥浆泵化工用泵等专著的形式出现。

针对往复杂制造成本高的特点，要努力提高各类往复泵的标准化和通用化水平。

模块化设计是个方向，即以最少数量的液力端和传动端的模块组合成适应范围极广的变型泵结构夏产品。

还可以用同尺寸的液力端改变材料后适应不问的介质和压力，相同的传动端并联成不同缸数的泵，等等。

在提高标液化和通用化程度的基础上普及技术的应用，加强可靠性的研究。

提高曲轴缸体泵壳等复杂形状零部件的设计工艺水平，提高轴承密封件等基础元件的质量，提高装配工艺水平。

还应指出，往复泵多用来泵送特种介质，这是它的优势所在，但由此产生的问题是液力端零件，特别是易损件的寿命较低，因此，重视液力端水力过程机制的研究及其零件失效原因的研究，提高零件的使用寿命，减少停机修理时间，合理安装与维护也是进步发挥往复泵特长的重要课题。

.泥浆泵的发展情况到目前为止，使用泥浆泵钻井己有百多年的历史。

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。

尽管在年代喷射钻井工艺本身提出了的泵压要求，