THF-1300鉆井泵的研制與應(yīng)用

羅軍 胡彪 雷世超 楊佳偉 何劍鋒

摘 要：本文介紹一種在寶石F-1300型鉆井泵基礎(chǔ)上，吸收蘭石3NB-1300C泵和多年現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的一種新型鉆井泵。鉆井泵技術(shù)規(guī)范和性能參數(shù)符合API規(guī)范，所有易損件都是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上技術(shù)成熟，容易采購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件。THF-1300鉆井泵的將更方便鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用、維護(hù)和修理。

關(guān)鍵詞：鉆井泵;主螺栓;主螺栓軸承蓋;中心拉桿;潤(rùn)滑

1 鉆井泵工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

THF-1300型鉆井泵屬于典型的三缸單作用活塞泵，工作時(shí)動(dòng)力通過(guò)小齒輪軸、帶動(dòng)曲軸、連桿及十字頭等組成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使活塞在缸套內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，改變液缸里的容積，完成泥漿的吸入和排出，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體勢(shì)能，從而達(dá)到輸送高壓高粘度、大密度的泥漿的功用。

THF-1300型鉆井泵主要特點(diǎn)是曲軸兩端每個(gè)主軸承蓋為4條M56×3的主螺栓，主螺栓兩頭用螺母連接緊固，主螺栓及螺母相對(duì)于機(jī)架都能自由脫離。主螺栓材料為40CrNiMoA不變，調(diào)質(zhì)熱處理。在軸承下蓋上安裝￠25的穩(wěn)定銷(xiāo)穩(wěn)定軸承套與機(jī)殼，防止發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)板上方的機(jī)架總成上設(shè)計(jì)油路接頭座觀察孔，在觀察孔接頭座上安裝吹氣口。中心拉桿密封裝置采用可以自由伸縮的波紋套密封裝置，靠近十字頭的一側(cè)的密封裝置上安裝有中心拉桿密封波紋套。

2 技術(shù)規(guī)范及性能參數(shù)

本鉆井泵的設(shè)計(jì)制造符合APISpec7K《旋轉(zhuǎn)鉆井設(shè)備規(guī)范》的要求。液力端所有的易損件（閥體、閥座、缸套等）均可與符合API標(biāo)準(zhǔn)制造的相同規(guī)格的零件互換。

3 機(jī)架設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)架設(shè)計(jì)及有限元分析

THF-1300型鉆井泵主要特點(diǎn)是曲軸兩端每個(gè)主軸承蓋為4條M56×3的主螺栓，主螺栓兩頭用螺母連接緊固，主螺栓及螺母相對(duì)于機(jī)架都能自由脫離。主螺栓材料為40CrNiMoA不變，調(diào)質(zhì)熱處理。在軸承下蓋上安裝穩(wěn)定銷(xiāo)，防止主軸承套轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)板上方的機(jī)架總成上設(shè)計(jì)油路接頭座觀察孔，在觀察孔接頭座上安裝吹氣口。機(jī)架內(nèi)部各板變形偏小，剛度儲(chǔ)備大，基本能滿足需要。

3.2 機(jī)架三維坐標(biāo)測(cè)定

根據(jù)行位標(biāo)準(zhǔn)要求機(jī)殼應(yīng)滿足兩曲軸孔軸心與小齒輪軸軸心線平行度不超過(guò)0.076mm，三個(gè)液缸安裝空平行度不超過(guò)0.076mm。三個(gè)十字頭孔圓心線平面與曲軸中心線垂直度不超過(guò)0.127mm。采用美國(guó)FAROARM紅外線三維測(cè)試儀可測(cè)試形位尺寸。

4 液力端設(shè)計(jì)

F-1300泵四通彎管用于支撐空氣包、連接安全閥、壓力表等，容易刺漏泥漿，高壓出口濾網(wǎng)容易銹死，而且現(xiàn)場(chǎng)都難以處理。

為此我們?cè)O(shè)計(jì)方型五通支撐空氣包，五通上安裝安全閥、高壓出口法蘭、濾網(wǎng)，排出管另一側(cè)安裝壓力表，這樣的五通結(jié)構(gòu)承壓能力強(qiáng)，不容易刺漏。鍍鋅材料的濾網(wǎng)放置在五通孔內(nèi)，容易拆卸清洗，不需要保養(yǎng)。

這樣的結(jié)構(gòu)不僅結(jié)實(shí)耐用，而且外觀緊湊，美觀。

5 曲軸總成及其他配件的選用

F-1300泵是寶石廠類(lèi)比美國(guó)EMSCO泵自行設(shè)計(jì)制造的，小齒輪軸、曲軸、十字頭、導(dǎo)板、排除管及液缸等使用多年，基本成為成熟的技術(shù)配件，容然采用我們沒(méi)有必要自行設(shè)計(jì)。

泵的缸套、活塞、凡爾體、凡爾座及各種骨架油封、橡膠密封圈均為國(guó)內(nèi)常見(jiàn)市場(chǎng)上容易采購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件。

6 潤(rùn)滑油路設(shè)計(jì)

F-1300型鉆井泵主螺栓及軸承蓋改進(jìn)后，使主軸承潤(rùn)滑通道也發(fā)生了變化。原來(lái)潤(rùn)滑油有兩路。一路通過(guò)壓力流油流向B主螺栓孔，再經(jīng)過(guò)軸承套上的油孔流入主軸承。另一路來(lái)源于機(jī)油泵打入A主螺栓孔，再經(jīng)過(guò)軸承套上的油孔流入主軸承。經(jīng)過(guò)改造后，主軸承蓋螺栓孔的尺寸被堵死。所以必須重新設(shè)計(jì)油路通道。改進(jìn)方法是在軸承套上上部開(kāi)兩個(gè)ZG1/4的油孔，通過(guò)管線將來(lái)自上部壓力流油流和下部機(jī)油泵的潤(rùn)滑油直接通向主軸承，由于潤(rùn)滑油直接通過(guò)管線進(jìn)入軸承套再進(jìn)入軸承減少了軸承改通道的中間環(huán)節(jié)，減少了壓降損失，所以潤(rùn)滑效果更加良好。

7 中心拉桿密封設(shè)計(jì)

波紋套小端用猴箍固定壓緊在鉆井泵中心拉桿頭端，法蘭端用螺栓固定在擋油板上，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)封機(jī)油外拒冷卻水。泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，只隨中心拉桿作伸縮運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生摩擦，即使介桿與油封同心度發(fā)生偏差，也不影響密封效果，符合鉆井泵中心拉桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封原理，徹底杜絕了泥漿泵漏油，進(jìn)水、進(jìn)泥漿現(xiàn)象。

8 外觀設(shè)計(jì)

鉆井泵十字頭蓋板和后蓋機(jī)油泵觀察孔蓋板設(shè)計(jì)成透明壓克力材料，可以直觀的觀看十字頭、導(dǎo)板和齒輪潤(rùn)滑情況，也方便檢查。后蓋上開(kāi)兩個(gè)翻蓋式觀察孔，檢查泵或加油時(shí)不用拆卸螺栓，直接操作，而且每個(gè)翻蓋上各附帶一個(gè)呼吸孔，可及時(shí)將泵內(nèi)溫度散出。在機(jī)殼導(dǎo)板正上方開(kāi)孔不但方便檢查油路，也方便導(dǎo)板安裝。

9 結(jié)論

本文根據(jù)F-1300型鉆井泵和3NB-1300C型鉆井泵的自身設(shè)計(jì)缺陷，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，將主螺栓及軸承蓋進(jìn)行改造，相應(yīng)的主軸承潤(rùn)滑油路進(jìn)行改造，重新設(shè)計(jì)中心拉桿密封裝置和液力端。使THF-1300型鉆井泵更加符合油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作、維護(hù)與保養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張慶元，陳如恒，等.鉆井泵機(jī)架的靜動(dòng)態(tài)有限元分析[J].石油學(xué)報(bào)，2000，21（2）83-87

[2]張志毅，裴峻峰.鉆井泵故障診斷方法的探索與實(shí)踐[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2004（06）.