直線電機泥漿泵

直線電機鉆井泵的研究摘要：通過對三缸單作用機械往復(fù)泵的工作機構(gòu)及工作原理的分析結(jié)合直線電機的往復(fù)運動特點，并根據(jù)鉆井實際中對泥漿的排量，泵壓等的不同要求情況下，設(shè)計了一種新型的基于直線電機為動力的雙向液力端鉆井泵系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：鉆井泵直線電機外殼和定子線圈動子軸電磁旋轉(zhuǎn)裝置雙液力端旋轉(zhuǎn)翼前后雙活塞2次密封作用缸套磨損后跟進密封注油潤滑螺栓頂緊橡膠后膨脹變形0引言隨著當(dāng)今鉆井工藝技術(shù)，特別是高壓噴射鉆井，近平衡鉆井，叢式定向井，水平井等新工藝，新技術(shù)的發(fā)展，鉆井泵進一步向大功率，大排量和高泵壓方向推進，鉆井泵作為鉆機的“心臟”，在工作條件十分惡劣，工況異常復(fù)雜的情況下，對其性能水平和使用壽命，可靠性和安全性的要求也越來越高。多年來的鉆井實踐證實，只有臥式活塞泵才能滿足鉆井工藝的需要。近年來雖然也相繼研制出5缸，7缸斜盤型軸向柱塞泵，雙缸單作用液壓鉆井泵等新型鉆井泵，但由于使用壽命和維修不便等因素限制了其推廣發(fā)展，所以目前國內(nèi)外鉆井泵的主要型式仍為三缸單作用機械往復(fù)泵。但是三缸單作用機械往復(fù)泵仍存在著質(zhì)量大，由于結(jié)構(gòu)不合理部分強度冗余，部分剛度不足，可靠性低。鉆井泵在不合適的沖次范圍內(nèi)工作，從而致使液力端壽命短。沖程短，沖次高，缸套和活塞，凡爾體和凡爾座的壽命短，需要頻繁更換的許多缺點，難以滿足鉆機高效率要求，近年來隨著直線電機的設(shè)計研發(fā)的成功，因此在這基礎(chǔ)上，設(shè)計了直線電機鉆井泵。1總體方案由于野外作業(yè)以及道路運輸對尺寸的限制，外形采用撬裝式，滿足道路和井場的要求，以便運移搬遷的靈活方便。外形尺寸為最大標(biāo)準(zhǔn)集裝箱尺寸，加裝保溫外殼后為（1300033003000）mm。泵組設(shè)備系統(tǒng)分為動力端和液力端，設(shè)備的動力端由3臺直線電機組成，整體封裝在外殼內(nèi)，更換安裝只需單獨吊裝單個電機，方便快捷。液力端6缸前后設(shè)置，可單獨拆卸安裝。以求一部設(shè)備系統(tǒng)就可滿足鉆井中對壓力，排量的要求。1.1總體結(jié)構(gòu)整機由動力端和液力端兩大部分組成。動力端為直線電機，一軸雙動，與軸同心并置雙液力端。液力端結(jié)構(gòu)為液缸，活塞，泵閥，液缸以及包容它們的缸體，再加上液體的引入，排出管匯，安全閥等附件。1.2工作原理動力端直線電機的動子軸通電后可做前后運動，帶動液力端的活塞連桿作前后運動，當(dāng)活塞在活塞連桿的帶動下下行，鉆井液在大氣壓的作用下，推開吸入閥，進入缸內(nèi)，直到活塞到最底端完成鉆井液的吸入過程。當(dāng)活塞前行，鉆井液在缸內(nèi)受到擠壓，吸入閥在彈簧的作用下關(guān)閉，當(dāng)壓力升高時排出閥被打開，鉆井液被活塞推出，經(jīng)由排出閥和排出管排出，完成排出過程。1.3主要技術(shù)參數(shù)額定功率KW2400額定沖次(spm)100沖程長度(MM)600吸入管徑(MM)305排出管徑(MM)130閥8#缸套(MM)140-190外形尺寸(長寬高MM)1300033003000電機外形尺寸(長寬高MM)1100010002000單電機功率KW800總重量(KG)30000各部件嚴(yán)格按照美國石油學(xué)會api7k標(biāo)準(zhǔn)制造1.4性能特點該泵組克服了三缸單作用機械往復(fù)泵的缺點與不足，由于是雙液力端，其整機性能達(dá)到現(xiàn)有兩臺1600三缸單作用機械往復(fù)泵的工作水平，同時盡量滿足客戶的個性化需求。主要特點如下；（1）重量可控，適應(yīng)現(xiàn)代鉆機的要求，可移動性好。（2）六個缸輪流工作，三個壓力波重疊，泵壓波動小，無需安裝空氣包，結(jié)構(gòu)合理，可多組系統(tǒng)并置，有高可靠性，維修更換方便。（3）通過對電流，電壓的調(diào)節(jié)能方便地控制排量泵壓的大小，隨時滿足鉆井對排量，泵壓的要求，滿足鉆井工藝的需要。（4）沖程長，沖次低。鉆井泵在合適的沖次范圍內(nèi)工作。（5）缸套和新型活塞系統(tǒng)，新型凡爾體和凡爾座之間的壽命長，克服頻繁更換的缺點，能滿足鉆機高效率的要求。（6）采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱尺寸，可加裝保溫外殼可在低溫環(huán)境下工作。（7）動力端直線電機采用智能電液聯(lián)合控制，系統(tǒng)同時具備監(jiān)控，預(yù)警，及故障診斷工作，確保各部件協(xié)調(diào)，穩(wěn)定，安全的工作。主要部件結(jié)構(gòu)及特點2.1直線電機電機與mcc軟啟動裝置，plc及各種按鈕，開關(guān)主令和電位計，冷卻風(fēng)機，空間加熱器等組裝為一長方體，便于整體更換。直線電機采用圓筒形3相永磁同步直線電機，直線電機的啟動，換向，調(diào)速，停止，制動由變頻控制系統(tǒng)控制。電機設(shè)有防碰及旋轉(zhuǎn)裝置，動子軸在運動到前后死點某一距離時，位于軸端的電磁線圈通電，所產(chǎn)生的磁場同性，互相排斥產(chǎn)生止推力，阻止動子軸向殼體靠近，并且前后軸端的電磁旋轉(zhuǎn)裝置的電磁線圈錯位安裝，同時產(chǎn)生繞軸心的旋轉(zhuǎn)力，使動子軸旋轉(zhuǎn)，帶動活塞在缸套中旋轉(zhuǎn)，避免活塞在缸套中同一位置磨損，延長了活塞和缸套的使用壽命。即電磁旋轉(zhuǎn)裝置可同時產(chǎn)生兩個方向不同的力，與動子軸同一圓心的推力和繞軸心的旋轉(zhuǎn)力。直線電機剖視圖電磁裝置剖視圖外殼1動力端2液力端3直線往復(fù)電機4動子軸5活塞缸6閥箱7活塞8缸套9進液口10出液口11抽吸口12出液單向閥13進液單向閥14凡爾閥座15凡爾閥體16殼體17永磁體18電磁旋轉(zhuǎn)裝置19、20、21和22圓盤23電磁線圈24密封圈25旋轉(zhuǎn)翼26環(huán)形壓板27線圈282.2液力端液力端的閥箱內(nèi)兩側(cè)的單向閥的閥座與閥箱體接觸的端面上設(shè)置有密封圈和壓板，防止壓力從閥座與閥箱體的接觸面刺漏。閥箱內(nèi)兩側(cè)的單向閥的閥體下端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)翼，受單向閥進液口液體流動壓力的沖擊，使閥體在上下運動的同時也繞軸心旋轉(zhuǎn)，避免閥體和閥座之間在同一位置長時間碰撞磨損，從而延長使用壽命。閥箱內(nèi)兩側(cè)的單向閥的閥座與閥箱體接觸的端面上設(shè)置有密封圈和壓板，防止壓力從閥座與閥箱體的接觸面刺漏。閥箱剖視圖活塞系統(tǒng)活塞圖活塞圖剖視圖活塞桿1擋圈2活塞3活塞4缸套5活塞芯6密封橡膠圈7前壓板8螺母9油道10活塞芯11橡膠圈12密封圈13密封鋼圈14頂緊螺栓15硬質(zhì)耐磨板16硬質(zhì)墊板170型彈簧鋼片圈18儲油室19單流閥20該活塞系統(tǒng)由前后雙活塞組成，同心裝在同一活塞連桿上，同傳統(tǒng)活塞相比該活塞具有以下優(yōu)點：①前部活塞在彈簧鋼片圈的支撐作用下，能很好的與與缸套構(gòu)成密封副，彈簧鋼片圈的彈性密封能長時間滿足皮碗與缸套相互磨損，當(dāng)磨損后皮碗的橡膠體積變小時，彈簧鋼片圈的彈性能使皮碗的橡膠跟進膨脹從而緊貼缸套，形成缸套磨損后跟進密封，形成第一次密封。②后部活塞的皮碗的橡膠比缸套內(nèi)徑略小，套裝在前部活塞之后，正常不起密封作用；當(dāng)前部活塞長時間磨損，徹底失效后，通過上緊后部活塞上的頂進螺栓，使其向前頂緊頂緊鋼圈，頂緊鋼圈推動橡膠皮碗向前行，受阻產(chǎn)生膨脹變形，使活塞與缸套構(gòu)成密封，起到2次密封作用，延長活塞了缸套的使用壽命；③前部活塞與后部活塞之間的鐵芯與缸套之間的空隙中可儲存潤滑油，起到潤滑橡膠皮碗與缸套的作用。減小橡膠磨損量，增加活塞與缸套的使用壽命；④只要后部活塞的皮碗的橡膠有足夠容量，就能夠重復(fù)多次擠壓，多次起密封作用，從而增加和延長了缸套的使用壽命。⑤后部活塞的2次使用，可防止前部活塞擠傷后形成的擠傷失效，在前部活塞失效后代替其起密封作用。3結(jié)束語該型鉆井泵采用直線電機作動力源，摒棄了傳統(tǒng)的機械傳動，簡化了鉆井泵的零件配置，與傳統(tǒng)機械泵比有著重量可控，適應(yīng)現(xiàn)代鉆機的要求，可移