石油钻采设备工艺往复泵结构特点

§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Ф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的用途及及代号用途：柱柱塞泵在在石油矿矿场主要要作为压压裂泵、、固井水水泥泵和和注水泵泵。它们们之间只只有压力力和流量量等性能能参数的的不同，，结构和和工作原原理并无无实质性性区别。。将压裂液液送入井井内，并并借助高高压在油油层中造造成裂缝缝，或使使原油层层裂缝扩扩大的柱柱塞泵，，称作压压裂泵。。将水泥浆浆注入油油井，使使套管与与井壁牢牢固连接接的柱塞塞泵，称称作水泥泥泵。向井内输输送高压压水，进进入油层层驱油和和补充地地层能量量的柱塞塞泵，称称作注水水泵。Z变型代号号，用罗罗马字母母表示阀结构，，锥阀省省略，球球阀为Q,板阀为为B额定排出出压力（（MPa），阿阿拉伯数数字表示示额定流量量（m3/h），，阿拉伯伯数字表表示结构型式式，立式式“L””，卧式式不表示示柱塞泵泵泵型代号号，汉语语拼音字字母字头头柱塞数目目，阿拉拉伯数字字表示柱塞泵的的工作原原理柱塞泵与与活塞泵泵的区别别柱塞泵与与活塞泵泵类似，，其主要要区别在在于往复运动动件的密封形式式上。活塞泵的的活塞直直径外表表面与钢钢套内表表面紧密密配合，，活塞的的往复运运动改变变钢套内内部容积积，实现现液体的的吸入和和排出。。柱塞泵的的柱塞采采用如图图所示的的密封结结构。柱塞泵的的工作原原理柱塞运动动不断改改变液缸缸内的充充液容积积，实现现液体的的吸入和和排出。。布置型式式柱塞泵的的布置型型式有卧卧式、立立式和V型等，，缸数有有三缸、、五缸等等。目前前石油矿矿场上使使用的多多为卧式式三缸柱柱塞泵，，结构相相对比较较简单。。柱塞泵的的结构特特点柱塞密封封在泵缸缸之外，，便于拆拆装、调调节，还还可以通通过冷却却液冲洗洗磨擦表表面降低低温度。。柱塞泵通通常由柴柴油机、、电动机机作动力力；有的在泵泵外减速速，动力力直接传传递到曲曲轴上，，有的在在泵内装装有减速速机构；；曲轴通常常采用偏偏心机构构，冲程程较短而而冲次较较高；连杆大头头有的采采用整体体式滚动动轴承，，如同钻钻井泵那那样，但但较多见见的还是是剖分式式滑动轴轴承，便便于安装装。压裂泵美国BJ公司122－－T型压压裂车上上佩斯梅克克（BJ-Pacemaker）型三三缸柱塞塞泵美国Halliburton公司生生产的用用于固井井、压裂裂的HT－400型型三缸柱柱塞泵国产3H-8/450型三柱柱塞泵兰州通用用机器厂厂生产的的SNC-2F大型水水泥车上上配备的的专用水水泥泵该泵动力端采用曲轴轴中心线线下沉40mm的结构构，可以以减小十十字头的的比压和和连杆十十字头部部分的体体积。泵体由高强度度合金结结构钢与与铸钢组组焊而成成。曲轴由高强度度合金钢钢锻压后后，切削削成三拐拐曲柄偏偏心盘结结构，连连杆大头头采用双双金属耐耐磨合金金轴承，，小头采采用特殊殊青铜制制成的耐耐磨滑动动轴承。。泵的液力力端为直直通型，，采用三三块阀箱箱独立结结构，排排出流道道采用合合金锻压压后切削削而成的的汇流块块，偏置置于液力力端的前前端面。。吸入阀有有组合式式和整体体式两种种。柱塞塞采用空空心结构构，由弹弹性杆与与十字头头连接，，冲程长长度180mm。柱塞采用用V型橡橡胶自紧紧式密封封。动力力端与液液力端之之间设有有油池，，柱塞沉沉浸在机机油中，，借以冷冷却和润润滑柱塞塞。为了提高高泵的效效率，同同时为了了满足注注水压力力进一步步提高的的需要，，油田注注水中，，有些场场合以柱塞泵代代替离心心泵，用于向向井内注注入高压压液体，，借以驱驱油，提提高油田田采油量量。大港油田田制造的的3H-8/450型型高压三三缸柱塞塞泵：其性能与与结构等等，同美美国生产产的TA5及4JC-3型柱柱塞泵相相近。国产3H-8/450型三柱柱塞泵，，冲程长长度127mm，冲次次370min-1;5级柱柱塞，57～35mm，相应应工作压压力17.2~45.7MPa，流流量21.6~8.1m/h；装机机功率110kw。HT-400型型三缸柱柱塞泵冲冲程长度度为8’’’，最最高冲次次为275min-1。泵的动力力端为蜗蜗轮蜗杆杆传动一种是圆圆柱蜗杆杆传动，，传动比比8.6；另一种是是球面蜗蜗杆传动动，传动动比8.4。蜗轮副安安装有左左右之分分，面向向液力端端，蜗轮轮副在右右手边的的为右向向动，在在左手边边的为左左向动。。蜗轮通过过一套浮浮动机构构（外齿齿板、内内齿套等等），用用18个个柱销将将动力传传递到曲曲轴上，，故当载载荷不均均匀时，，可以产产生弹性性变形，，起浮动动作用，，从而降降低偏载载系数，，保证蜗蜗轮副准准确啮合合。曲轴用锻锻钢制造造，由四四个滚子子轴承支支撑；连杆采用用锻造铝铝合金制制作，大大头为剖剖分式，，镶有剖剖分青铜铜轴瓦，，小头压压入青铜铜衬套，，磨损后后都可更更换；十字头为为铸钢加加工件，，上下表表面装有有可拆卸卸的锡青青铜滑履履，上下下导板为为铸钢件件，十字字头在导导板中运运动的径径向间隙隙为0.152~0.203mm，由由十字头头滑板下下的调节节垫调整整。HT-400型型泵的液液力端有有五种尺尺寸规格格，分别别适用于于五种柱柱塞直径径，由三三个完全全相同的的单个泵泵头用螺螺栓组合合于机架架之上。。柱塞为空空心柱塞塞，通过过弹性杆杆穿过其其内孔与与十字头头相连。。泵阀为双双向导阀阀锻钢件件。该泵动力端机座（箱箱壳）由由合金钢钢板焊接接而成，，内有一一级齿轮轮减速。。动力可可由传动动轴的两两侧输入入，使泵泵的曲轴轴可以顺顺时针或或逆时针针旋转。。传动轴由由两个实实心轴和和一段钢钢管组焊焊而成，，重量轻轻，强度度高，通通过花键键与小螺螺旋齿轮轮连接，，两端采采用青铜铜衬巴式式合金滑滑动轴承承；大螺旋齿齿轮用键键固定在在曲轴上上，齿轮轮上还配配以平衡衡重，使使不平衡衡质量的的振动状状态趋于于最小。。连杆是整体铸铸造的，十字字头由轻质高高合金钢制成成整体圆筒形形。十字头及其导导板和全部轴轴承靠压力油油润滑。该泵液力端的的液流通道采采用T形结构构。排出阀采用翼翼型导向；吸吸入阀采用柱柱型导向；相相当于去掉吸吸入阀室部分分，使液力端端的重量减少少20％～30％。泵头由整块高高合金钢坯加加工而成，内内部有较厚的的硬化层；柱塞有3.5’’、4’’’、和4.5‘’三种种规格。通过密封盒中中的支撑环向向密封盒中灌灌注润滑油，，对密封件起起润滑作用；；同时设置柱柱塞冲洗系统统，用细的水水流冲刷外露露柱塞表面的的细磨粒、泥泥浆或其它腐腐蚀性物质。。活塞杆及活塞塞总成缸套及缸套座座泵壳（机座））总成排出液缸排出管吸入液缸及吸吸入阀总成总总成吸入管及底座座T型布置泵头头，由排出缸缸、吸入缸及及T型流道三三大块组成；；主要特点时吸吸入阀水平布布置，排出阀阀垂直布置；；综合了L型和和I型泵头的的优点，既可可分块制造，，便于吸入阀阀的拆装和检检修，又取消消了吸入室，，使泵头结构构紧凑，内部部余隙容积较较小，重量较较轻。不足之处是，，更换吸入阀阀时需卸下吸吸入液缸及弯弯管，泥浆漏漏失较多。吸入管汇吸入阀活塞杆活塞排出阀排出管汇I型泵头：这种直通形泵泵头的液力端端结构紧凑，，重量较轻，，缸内余隙流流道长度短，，有利于自吸吸；但更换吸入阀阀座时，必须须先拆除上方方的排出阀，，采用带筋阀阀座时，还要要先取出排出出阀座，检修修比较困难。。吸入管汇吸入阀活塞活塞杆排出阀排出管汇L型泵头可将将吸入泵头和和排出泵头分分块制造，组组成复合式泵泵头；其吸入阀可单单独拆卸，检检修和维护方方便，泥浆漏漏失也较少；；但结构不紧凑凑，泵内余隙隙流道长，泵泵头重量大，，自吸能力差差。十字头总成：：十字头是传递递活塞力的重重要部件，同同时，又对活活塞在缸套内内作往复平直直运动起导向向作用，使介介杆、活塞等等不受曲柄切切向力的影响响，减少介杆杆和活塞的磨磨损。曲轴通过连杆杆和十字头销销带动十字头头体作往复运动，十字头体又通通过介杆带动动活塞作往复复运动。连杆小头与十十字头销之间间装有圆柱滚滚子或滚针轴轴承。十字头体上有有的装有铸铁铁滑履，在导导板上往复滑滑动。导板通常是铸铸铁件，固定定在机壳上，，通过调节导导板下部垫片片使十字头体体与导板之间间保持一定间间隙。当泵反反转时，如间间隙过大，则则十字头落到到导板上将会会产生过大的的冲击力。曲轴总成：曲轴（被动轴轴）是钻井泵泵中最重要的的零件之一，，结构和受力力都十分复杂杂。其上装有大人人字齿轮和三三根连杆大头头。大齿轮圈用铰铰制孔螺栓与与曲轴上的轮轮毂紧固为一一体。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。国产三缸单作作用泵的曲轴轴大体上有两两种结构型式式：一种是碳钢和和合金钢铸造造的整体式空空心曲轴结构构；另一种是锻造造直轴加偏心心轮结构，其其特点是改铸铸件为锻件，，化整体件为为组装件，便便于保证毛坯坯的质量，加加工和修理比比较方便。国外三缸泵中中有的采用锻锻焊结构曲轴轴，即将曲轴轴和齿轮轮毂毂都焊接在直直轴上，再加加工为整体式式曲轴。三缸单作用泵泵整体式曲轴总成1－齿轮轴；；2－键；6、7－左、、右轴承座；；8－轴套3－驱动灌注注泵的三角皮皮带轮4－驱动喷淋淋泵的三角皮皮带轮5－轴承9－大皮带轮轮钻井泵传动轴轴总成：轴的两端对称称外伸，可在在任一端安装装大皮带轮或或链轮。轴两端的支承承采用双列向向心球面球轴轴承或单列向向心短圆柱滚滚子轴承，可可以保证有一一定的轴向浮浮动。传动轴与小齿齿轮可以为整整体式齿轮轴轴结构形式，，也可以采用用齿圈热套到到轴上的组合合形式。整体式齿轴结结构形式：具具有较大的刚刚性，多见于于国外泵；齿圈热套到轴轴上的组合形形式：齿圈与与轴可选用不不同的材料和和热处理工艺艺，容易保证证齿面硬度、、轴的强度和和韧性要求，，必要时还可可以更换齿圈圈。钻井泵齿轮大大多采用高度