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前 言
往复泵是泵类产品中出现最早的一种,至今已有 2100 多年的历史。在旋转式原动机出现以前,
往复泵几乎是唯一的泵类。在旋转式原动机出现以后,才逐步地产生了离心泵和转子泵等其他类型的泵,由于他们的结构比较简单、操作比较方便,而且还有体积小、重量轻、流量均匀等一系列优点,致使原来使用往复泵的地方逐步地为这些泵类所取代。目前,往复泵的产量只占泵类总产量的很少一部分。但是,往复泵所具有的特点并没有被其他类型泵所取代。有些特点仍然是其它类型泵所不及,因此,它非但不会被淘汰,而且仍将作为一种不可缺少的泵类,被广泛利用。
往复泵是一类品种多、批量少,而通用化程度比较低、专业配套性很强的产品,他常常是随着
某一生产工艺的需要而产生,又随着这一生产工艺的重大改革或取消而更新或淘汰。当这种生产工艺长期稳定时这一工艺,需要的定型产品。往复泵应用十分广泛,无论是在工业或农业、陆上和海上、国防与民用、科研与生产等各个部门,仍然是作为一种不可或缺的产品被广泛地采用着。总括各种类往复泵,输送各种不同介质,由一般常温清水直至具有强腐蚀、易挥发、易结晶、易燃、易爆、剧毒、恶臭、磨砺性强、比重大、粘度高、有放射性或其他贵重液体等。
往复式钻井泵通常被称为泥浆泵,其在石油钻井工作中的重要性非常高,将其比拟为钻机的心
脏。 20 世纪 60 年代初期,石油钻采市场急需压力和排量能适应喷射钻井工艺要求,同时体积小、
质量轻,能满足当时海洋和沙漠钻井安装运输条件的钻井泵,最终于 20 世纪 60 年代末期诞生了三
缸单作用活塞式钻井泵 (简称 “三缸泵” ), 并在数年内在当时的中、 大功率钻井泵完全取代双缸泵,
至今已经主导钻井泵市场。在 70 年代中期,我国有兰州石油化工机械厂、兰州石油机械研究所、江
汉钻采机械研究所和大隆机械厂等单位开始研究三缸单作用钻井泵。 到 80 年代中期, 开始广泛推广
使用。截至目前已形成和产生 370KW、590KW、740KW和 1180KW系列产品,在当时有 2000 多台在大、
中型钻机上配套使用,这对推广高压喷射钻井、近平衡钻井和丛式定向井等新工艺、新技术发挥了重大作用,促进了钻井效率和井身质量的提高。
目前,世界各国都在研究和使用三缸单作用泥浆泵,并且都是朝着大功率、长冲程、大缸径、
高泵压的技术方向发展。国外对钻井泵的研究早、技术精、产品系列齐全,尤其以美国的钻井技术最为先进,俄罗斯和罗马尼亚次之。我国对石油钻井泵的起步较晚,但通过技术引进、自主研发,我国与国外先进技术的差距正在逐步缩小。当前我国生产石油钻井泵的单位主要有宝鸡石油机械有限公司、兰州兰石国民油井石油工程公司单位,其生产的系列三缸泵已经能基本满足我国大部分油田钻井的需要,并有部分出口。
钻井技术的发展方向是提高时效,降低成本和采用能够降低成本的新工艺、新技术和新装备。
运用大排量高压喷射钻井工艺即是这一趋向的必然选择,高压喷射则由高可靠性的钻井泵来保证。因此,合理降低泵的冲次、适当增加泵的冲程长度,既满足钻井过程中的排量要求,又能确保泵的自吸性能,充分发挥了泵的效能,成为今后钻井泵设计的发展方向。
本次课程设计我做的课题是 3NB2200 型泥浆泵总体及传动轴总成设计。由于钻井泵的功率正随着钻井深度的增加与喷射钻井的需要,向着大排量、高功率方向发展,钻井设备制造商也开发出了
一系列性能较好,体积较小,质量较轻的泥浆泵,以满足承包商适应各种钻井工况的需要;并且随着我国石油工业的发展,使得石油钻探工作不断向深层油藏发展,这样迫切需要大功率泥浆泵用来
循环泥浆。为了满足钻井需要,设计 2200 马力钻井泵是非常有必要的。而且,大功率的泥浆泵也具
有很大的市场前景。
因为钻井深度的持续增加以及喷射钻井的需要,钻井泵会继续朝着低冲次、长冲程、高泵压、大功率、大排量和轻量化方向发展。所以,传动轴作为往复泵运动中最重要的一个环节,对其材料、性能、强度等的方面都有比较高的要求。否则,大功率泵的冲程、冲数、泵压等主要参数设计以及
体积和质量指标都将难以达到用户要求。因此,制造用于这样高压力的传动轴总成设计是一个很重要的课题。
本次设计的主要内容是对往复泵进行功能分析,整体方案构思、拟定、评价和确定;对往复泵总体参数进行计算和选择;画出往复泵的整体装配图;对传动轴进行功能分析,了解传动轴的工作条件,使用要求,设计出符合要求的传动轴,对其相关零件进行设计计算,确定其各部分零件结构,应用计算机图形软件绘制二维图和三维图。设计中的关键问题是如何使往复泵具有低冲次,长冲程的特点;提高往复泵易损件寿命,提高可靠性;使往复泵的原理结构更加新颖,更加合理,功能更为齐全,整机重量不能过重等。虽然在设计中遇到了很多问题,但是在同组同学一起讨论和老师的耐心指导下,遇到的问题也一一解决。
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