1、6-5 往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),一、雙缸雙作用活塞泵,二、三缸雙作用活塞泵,三、三缸單作用活塞泵,返回,四、柱塞泵,五、其它型式往復(fù)泵,往復(fù)泵的主要型式是活塞泵和柱塞泵， 活塞泵中以三缸單作用泵和雙缸雙作用泵為主。 柱塞泵主要用于向井底注入高壓水，作為注水泵； 從地面向井下水力活塞泵注入動(dòng)力液，作為地面站的動(dòng)力泵； 在固井和壓裂酸化設(shè)備中用于向井底或地層注入高壓水泥液或壓裂、酸化液，作為固井泵或壓裂泵； 等等。,一、雙缸雙作用活塞泵,雙缸雙作用活塞泵的結(jié)構(gòu)方案如圖所示 主軸上有兩個(gè)互成90o的曲柄，分別帶動(dòng)兩個(gè)活塞在液缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 液缸兩端分別裝有吸入閥和排出閥。 當(dāng)活塞向液力端運(yùn)動(dòng)時(shí)，左邊的

2、排出閥打開，吸入閥關(guān)閉，活塞前端工作室（前缸）內(nèi)液體排出，而右邊的排出閥關(guān)閉，吸入閥打開，活塞后端工作室（后缸）吸入液體； 當(dāng)活塞向動(dòng)力端運(yùn)動(dòng)時(shí)，則情況正好與上述相反。 圖（b）是雙缸雙作用往復(fù)泵的流量曲線。兩個(gè)液缸的前后缸的瞬時(shí)流量近似按正弦規(guī)律變化，前缸流量曲線為a2、b2 ，后缸流量曲線為a1、b1 。將其縱坐標(biāo)疊加，就可得到整臺(tái)泵的流量曲線。 它反映了泵工作過程中吸入和排出的流量隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，曲線起伏越大，說明泵的流量越不均勻。,雙缸雙作用往復(fù)泵由動(dòng)力端（驅(qū)動(dòng)部分）和液力端（水力部分）組成。 雙缸雙作用活塞泵的動(dòng)力端,雙缸雙作用活塞泵的動(dòng)力端由傳動(dòng)軸、主軸（曲軸）、齒輪、曲柄連

3、桿機(jī)構(gòu)、殼體（底座）等組成，其作用是變主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞動(dòng)力和減速。 雙缸雙作用活塞泵傳動(dòng)軸的兩端外伸出殼體，可由左方或右方安裝皮帶輪，滿足現(xiàn)場(chǎng)整套鉆機(jī)的安裝要求。 動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力由皮帶傳送到傳動(dòng)軸皮帶輪上，通過傳動(dòng)軸上的主動(dòng)齒輪（小斜齒輪）驅(qū)動(dòng)主軸上的被動(dòng)齒輪（大斜齒輪），帶動(dòng)主軸及固定其上的偏心輪旋轉(zhuǎn)，再通過連桿等帶動(dòng)十字頭和活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 工作過程中，連桿相對(duì)偏心輪做擺動(dòng)。 動(dòng)力端的十字頭用于介桿的導(dǎo)向，使介桿、活塞等不受曲柄切向力的影響，減少介桿和活塞的磨損。 十字頭上、下部一般都有滑履，與機(jī)座上的導(dǎo)板相接觸，磨損后可,單獨(dú)更換。,雙缸雙作用活塞泵的液力端,活塞泵

4、的液體端（又稱水力部分）包括泵體（閥箱）、缸套活塞、活塞桿、密封盒、泵閥等， 雙缸雙作用液力端每個(gè)液缸的兩端各有一個(gè)吸入和排出閥箱，吸入閥上部與液缸連通，下部與吸入管連通；排出閥上部與排出管連通，下部與液缸連通。 其作用是從吸入池吸入低壓液體，通過活塞的作用，變機(jī)械能為液壓能，向井底輸送高壓液體，實(shí)現(xiàn)液體的循環(huán)，冷卻鉆頭、沖洗井底和攜帶巖屑。,二、三缸雙作用活塞泵,三缸雙作用鉆井泵各曲柄間的夾角為120o， 該泵的優(yōu)點(diǎn)是流量比雙缸雙作用泵均勻， 缺點(diǎn)是易損件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和拆裝困難，曲軸受力惡化， 在石油礦場(chǎng)應(yīng)用較少,三、三缸單作用活塞泵,三缸單作用活塞泵于60年代中期研制成功，并作為雙缸

5、雙作用鉆井泵的替代產(chǎn)品迅速推廣使用。,三缸單作用鉆井泵的代號(hào) 三缸單作用活塞泵的特點(diǎn) 三缸單作用活塞泵的組成,三缸單作用活塞泵的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 缸徑小，沖程短，沖次較高，在功率相近的條件下，體積小，重量輕。 缸套在液缸外部用夾持器（卡箍等）固定，活塞桿與介桿也用夾持器固定，因而拆裝方便；活塞桿無需密封，工作壽命長。 活塞單面工作，可以從后部噴進(jìn)冷卻液體，對(duì)缸套和活塞進(jìn)行沖洗和潤滑，有利于提高缸套與活塞的壽命。 泵的流量均勻，壓力波動(dòng)小。 三缸單作用泵的主要問題： 由于泵的沖次提高導(dǎo)致其自吸能力降低，通常情況下應(yīng)該配備灌注系統(tǒng)，即由另一臺(tái)灌注泵向三缸單作用泵的吸入口供給一定壓力的液體，這樣便增加了

6、附屬設(shè)備。 由于單作用泵活塞的后端外露，且外露圓周比雙作用泵活塞桿密封大的多，在自吸的條件下，當(dāng)處于吸入過程時(shí)，液缸內(nèi)壓力降低，假如缸套和活塞配合之處松弛，外部空氣有可能進(jìn)入液缸，從而導(dǎo)致泵工作不平穩(wěn)，降低容積效率。,組成,三缸單作用活塞泵仍然由動(dòng)力端和液力端組成。,動(dòng)力端：三缸單作用活塞泵動(dòng)力端的主要部分由主動(dòng)軸（傳動(dòng)軸）、被動(dòng)軸（主軸和曲軸）、十字頭等組成。 液力端：單作用泵的每個(gè)缸套只有一個(gè)吸入閥和排出閥，故其液力端結(jié)構(gòu)比雙作用泵液力端簡單。目前的三缸單作用泵的泵頭主要有L型、I型和T型三種型式。,四、柱塞泵 柱塞泵的用途及代號(hào) 柱塞泵的工作原理 壓裂泵 固井水泥泵 注水用柱塞泵,柱塞泵

7、的用途及代號(hào) 用途：柱塞泵在石油礦場(chǎng)主要作為壓裂泵、固井水泥泵和注水泵。它們之間只有壓力和流量等性能參數(shù)的不同，結(jié)構(gòu)和工作原理并無實(shí)質(zhì)性區(qū)別。 將壓裂液送入井內(nèi)，并借助高壓在油層中造成裂縫，或使原油層裂縫擴(kuò)大的柱塞泵，稱作壓裂泵。 將水泥漿注入油井，使套管與井壁牢固連接的柱塞泵，稱作水泥泵。 向井內(nèi)輸送高壓水，進(jìn)入油層驅(qū)油和補(bǔ)充地層能量的柱塞泵，稱作注水泵。,Z,變型代號(hào)，用羅馬字母表示 閥結(jié)構(gòu)，錐閥省略，球閥為Q,板閥為B 額定排出壓力（MPa），阿拉伯?dāng)?shù)字表示 額定流量（m3/h），阿拉伯?dāng)?shù)字表示 結(jié)構(gòu)型式，立式“L”，臥式不表示 柱塞泵泵型代號(hào)，漢語拼音字母字頭 柱塞數(shù)目，阿拉伯?dāng)?shù)字表示

8、,柱塞泵的工作原理 柱塞泵與活塞泵的區(qū)別 柱塞泵與活塞泵類似，其主要區(qū)別在于往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的密封形式上。 活塞泵的活塞直徑外表面與鋼套內(nèi)表面緊密配合，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)改變鋼套內(nèi)部容積，實(shí)現(xiàn)液體的吸入和排出。 柱塞泵的柱塞采用如圖所示的密封結(jié)構(gòu)。,柱塞泵的工作原理 柱塞運(yùn)動(dòng)不斷改變液缸內(nèi)的充液容積，實(shí)現(xiàn)液體的吸入和排出。 布置型式 柱塞泵的布置型式有臥式、立式和V型等，缸數(shù)有三缸、五缸等。目前石油礦場(chǎng)上使用的多為臥式三缸柱塞泵，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單。,柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 柱塞密封在泵缸之外，便于拆裝、調(diào)節(jié)，還可以通過冷卻液沖洗磨擦表面降低溫度。 柱塞泵通常由柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力； 有的在泵外減速，動(dòng)力直接傳

9、遞到曲軸上，有的在泵內(nèi)裝有減速機(jī)構(gòu)； 曲軸通常采用偏心機(jī)構(gòu)，沖程較短而沖次較高； 連桿大頭有的采用整體式滾動(dòng)軸承，如同鉆井泵那樣，但較多見的還是剖分式滑動(dòng)軸承，便于安裝。,壓裂泵 美國BJ公司122T型壓裂車上佩斯梅克（BJ-Pacemaker）型三缸柱塞泵 美國Halliburton公司生產(chǎn)的用于固井、壓裂的HT400型三缸柱塞泵 國產(chǎn)3H-8/450型三柱塞泵,蘭州通用機(jī)器廠生產(chǎn)的SNC-2F大型水泥車上配備的專用水泥泵 該泵動(dòng)力端采用曲軸中心線下沉40mm的結(jié)構(gòu)，可以減小十字頭的比壓和連桿十字頭部分的體積。泵體由高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼與鑄鋼組焊而成。曲軸由高強(qiáng)度合金鋼鍛壓后，切削成三拐曲柄偏心

10、盤結(jié)構(gòu)，連桿大頭采用雙金屬耐磨合金軸承，小頭采用特殊青銅制成的耐磨滑動(dòng)軸承。,泵的液力端為直通型，采用三塊閥箱獨(dú)立結(jié)構(gòu)，排出流道采用合金鍛壓后切削而成的匯流塊，偏置于液力端的前端面。 吸入閥有組合式和整體式兩種。柱塞采用空心結(jié)構(gòu)，由彈性桿與十字頭連接，沖程長度180mm。 柱塞采用V型橡膠自緊式密封。動(dòng)力端與液力端之間設(shè)有油池，柱塞沉浸在機(jī)油中，借以冷卻和潤滑柱塞。,為了提高泵的效率，同時(shí)為了滿足注水壓力進(jìn)一步提高的需要，油田注水中，有些場(chǎng)合以柱塞泵代替離心泵，用于向井內(nèi)注入高壓液體，借以驅(qū)油，提高油田采油量。 大港油田制造的3H-8/450型高壓三缸柱塞泵： 其性能與結(jié)構(gòu)等，同美國生產(chǎn)的TA

11、5及4JC-3型柱塞泵相近。,國產(chǎn)3H-8/450型三柱塞泵，沖程長度127mm，沖次370min-1;5級(jí)柱塞，5735mm，相應(yīng)工作壓力17.245.7MPa，流量21.68.1m/h；裝機(jī)功率110kw。,HT-400型三缸柱塞泵沖程長度為8，最高沖次為275min-1。,泵的動(dòng)力端為蝸輪蝸桿傳動(dòng) 一種是圓柱蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)比8.6； 另一種是球面蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)比8.4。 蝸輪副安裝有左右之分，面向液力端，蝸輪副在右手邊的為右向動(dòng)，在左手邊的為左向動(dòng)。,蝸輪通過一套浮動(dòng)機(jī)構(gòu)（外齒板、內(nèi)齒套等），用18個(gè)柱銷將動(dòng)力傳遞到曲軸上，故當(dāng)載荷不均勻時(shí)，可以產(chǎn)生彈性變形，起浮動(dòng)作用，從而降低偏載系數(shù)

12、，保證蝸輪副準(zhǔn)確嚙合。 曲軸用鍛鋼制造，由四個(gè)滾子軸承支撐；,連桿采用鍛造鋁合金制作，大頭為剖分式，鑲有剖分青銅軸瓦，小頭壓入青銅襯套，磨損后都可更換； 十字頭為鑄鋼加工件，上下表面裝有可拆卸的錫青銅滑履，上下導(dǎo)板為鑄鋼件，十字頭在導(dǎo)板中運(yùn)動(dòng)的徑向間隙為0.1520.203 mm ，由十字頭滑板下的調(diào)節(jié)墊調(diào)整。,HT-400型泵的液力端有五種尺寸規(guī)格，分別適用于五種柱塞直徑，由三個(gè)完全相同的單個(gè)泵頭用螺栓組合于機(jī)架之上。 柱塞為空心柱塞，通過彈性桿穿過其內(nèi)孔與十字頭相連。 泵閥為雙向?qū)чy鍛鋼件。,該泵動(dòng)力端機(jī)座（箱殼）由合金鋼板焊接而成，內(nèi)有一級(jí)齒輪減速。動(dòng)力可由傳動(dòng)軸的兩側(cè)輸入，使泵的曲軸可

13、以順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 傳動(dòng)軸由兩個(gè)實(shí)心軸和一段鋼管組焊而成，重量輕，強(qiáng)度高，通過花鍵與小螺旋齒輪連接，兩端采用青銅襯巴式合金滑動(dòng)軸承； 大螺旋齒輪用鍵固定在曲軸上，齒輪上還配以平衡重，使不平衡質(zhì)量的振動(dòng)狀態(tài)趨于最小。 連桿是整體鑄造的，十字頭由輕質(zhì)高合金鋼制成整體圓筒形。 十字頭及其導(dǎo)板和全部軸承靠壓力油潤滑。,該泵液力端的液流通道采用T形結(jié)構(gòu)。 排出閥采用翼型導(dǎo)向；吸入閥采用柱型導(dǎo)向；相當(dāng)于去掉吸入閥室部分，使液力端的重量減少2030。 泵頭由整塊高合金鋼坯加工而成，內(nèi)部有較厚的硬化層； 柱塞有3.5、4、和4.5三種規(guī)格。 通過密封盒中的支撐環(huán)向密封盒中灌注潤滑油，對(duì)密封件起潤滑作用；同

14、時(shí)設(shè)置柱塞沖洗系統(tǒng)，用細(xì)的水流沖刷外露柱塞表面的細(xì)磨粒、泥漿或其它腐蝕性物質(zhì)。,活塞桿及活塞總成,缸套及缸套座,泵殼（機(jī)座）總成,排出液缸,排出管,吸入液缸及吸入閥總成總成,吸入管及底座,T型布置泵頭，由排出缸、吸入缸及T型流道三大塊組成； 主要特點(diǎn)時(shí)吸入閥水平布置，排出閥垂直布置； 綜合了L型和I型泵頭的優(yōu)點(diǎn)，既可分塊制造，便于吸入閥的拆裝和檢修，又取消了吸入室，使泵頭結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部余隙容積較小，重量較輕。 不足之處是，更換吸入閥時(shí)需卸下吸入液缸及彎管，泥漿漏失較多。,吸入管匯,吸入閥,活塞桿,活塞,排出閥,排出管匯,I型泵頭： 這種直通形泵頭的液力端結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕，缸內(nèi)余隙流道長度短，

15、有利于自吸； 但更換吸入閥座時(shí)，必須先拆除上方的排出閥，采用帶筋閥座時(shí)，還要先取出排出閥座，檢修比較困難。,吸入管匯,吸入閥,活塞,活塞桿,排出閥,排出管匯,L型泵頭可將吸入泵頭和排出泵頭分塊制造，組成復(fù)合式泵頭； 其吸入閥可單獨(dú)拆卸，檢修和維護(hù)方便，泥漿漏失也較少； 但結(jié)構(gòu)不緊湊，泵內(nèi)余隙流道長，泵頭重量大，自吸能力差。,十字頭總成： 十字頭是傳遞活塞力的重要部件，同時(shí)，又對(duì)活塞在缸套內(nèi)作往復(fù)平直運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，使介桿、活塞等不受曲柄切向力的影響，減少介桿和活塞的磨損。 曲軸通過連桿和十字頭銷帶動(dòng)十字頭體作往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 十字頭體又通過介桿帶動(dòng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 連桿小頭與十字頭銷之間裝有圓柱滾子

16、或滾針軸承。 十字頭體上有的裝有鑄鐵滑履，在導(dǎo)板上往復(fù)滑動(dòng)。 導(dǎo)板通常是鑄鐵件，固定在機(jī)殼上，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)板下部墊片使十字頭體與導(dǎo)板之間保持一定間隙。當(dāng)泵反轉(zhuǎn)時(shí)，如間隙過大，則十字頭落到導(dǎo)板上將會(huì)產(chǎn)生過大的沖擊力。,曲軸總成： 曲軸（被動(dòng)軸）是鉆井泵中最重要的零件之一，結(jié)構(gòu)和受力都十分復(fù)雜。 其上裝有大人字齒輪和三根連桿大頭。 大齒輪圈用鉸制孔螺栓與曲軸上的輪轂緊固為一體。 三個(gè)連桿軸承的內(nèi)圈熱套在曲軸上，連桿大頭熱套在軸承外圈上。 國產(chǎn)三缸單作用泵的曲軸大體上有兩種結(jié)構(gòu)型式： 一種是碳鋼和合金鋼鑄造的整體式空心曲軸結(jié)構(gòu)； 另一種是鍛造直軸加偏心輪結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是改鑄件為鍛件，化整體件為組裝件，便

17、于保證毛坯的質(zhì)量，加工和修理比較方便。 國外三缸泵中有的采用鍛焊結(jié)構(gòu)曲軸，即將曲軸和齒輪輪轂都焊接在直軸上，再加工為整體式曲軸。,三缸單作用泵整體式曲軸總成,1齒輪軸；2鍵；6、7左、右軸承座；8軸套,3驅(qū)動(dòng)灌注泵的三角皮帶輪,4驅(qū)動(dòng)噴淋泵的三角皮帶輪,5軸承,9大皮帶輪,鉆井泵傳動(dòng)軸總成： 軸的兩端對(duì)稱外伸，可在任一端安裝大皮帶輪或鏈輪。 軸兩端的支承采用雙列向心球面球軸承或單列向心短圓柱滾子軸承，可以保證有一定的軸向浮動(dòng)。 傳動(dòng)軸與小齒輪可以為整體式齒輪軸結(jié)構(gòu)形式，也可以采用齒圈熱套到軸上的組合形式。 整體式齒軸結(jié)構(gòu)形式：具有較大的剛性，多見于國外泵； 齒圈熱套到軸上的組合形式：齒圈與軸可

18、選用不同的材料和熱處理工藝，容易保證齒面硬度、軸的強(qiáng)度和韌性要求，必要時(shí)還可以更換齒圈。 鉆井泵齒輪大多采用高度變位的漸開線人字短齒，目的是保證具有較高的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。,機(jī)座,主動(dòng)軸總成,被動(dòng)軸總成,缸套活塞總成,泵體,吸入管匯系統(tǒng),排出空氣包,起重架,夾持器,回組成 特點(diǎn) 十字頭,回十字頭,1內(nèi)隔環(huán)；2油嘴；3十字頭銷；4銷壓板；5螺栓； 6墊圈；7銷壓板墊片組；8、12擋圈；10十字頭體,三缸單作用鉆井泵的代號(hào),3NB- -,變型代號(hào) 額定輸入功率代號(hào)（1kW/1.36，和馬力） 三缸單作用鉆井泵代號(hào),舉例：3NB-1300，表示輸入功率為960kw的三缸單作用鉆井泵 有的鉆井泵，為了反映其設(shè)計(jì)制造單位、適用區(qū)域和性能方面的特點(diǎn)，在統(tǒng)一代號(hào)的前后標(biāo)以適當(dāng)?shù)姆?hào)，如SL