直線電機(jī)泥漿泵

直線電機(jī)鉆井泵的研究摘要：通過(guò)對(duì)三缸單作用機(jī)械往復(fù)泵的工作機(jī)構(gòu)及工作原理的分析結(jié)合直線電機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并根據(jù)鉆井實(shí)際中對(duì)泥漿的排量，泵壓等的不同要求情況下，設(shè)計(jì)了一種新型的基于直線電機(jī)為動(dòng)力的雙向液力端鉆井泵系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：鉆井泵直線電機(jī)外殼和定子線圈動(dòng)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(jìn)密封注油潤(rùn)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(jìn)一步向大功率，大排量和高泵壓方向推進(jìn)，鉆井泵作為鉆機(jī)的“心臟”，在工作條件十分惡劣，工況異常復(fù)雜的情況下，對(duì)其性能水平和使用壽命，可靠性和安全性的要求也越來(lái)越高。多年來(lái)的鉆井實(shí)踐證實(shí)，只有臥式活塞泵才能滿足鉆井工藝的需要。近年來(lái)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(guó)內(nèi)外鉆井泵的主要型式仍為三缸單作用機(jī)械往復(fù)泵。但是三缸單作用機(jī)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(qiáng)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(diǎn)，難以滿足鉆機(jī)高效率要求，近年來(lái)隨著直線電機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)的成功，因此在這基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了直線電機(jī)鉆井泵。1總體方案由于野外作業(yè)以及道路運(yùn)輸對(duì)尺寸的限制，外形采用撬裝式，滿足道路和井場(chǎng)的要求，以便運(yùn)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(dòng)力端和液力端，設(shè)備的動(dòng)力端由3臺(tái)直線電機(jī)組成，整體封裝在外殼內(nèi)，更換安裝只需單獨(dú)吊裝單個(gè)電機(jī)，方便快捷。液力端6缸前后設(shè)置，可單獨(dú)拆卸安裝。以求一部設(shè)備系統(tǒng)就可滿足鉆井中對(duì)壓力，排量的要求。1.1總體結(jié)構(gòu)整機(jī)由動(dòng)力端和液力端兩大部分組成。動(dòng)力端為直線電機(jī)，一軸雙動(dòng)，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(dòng)力端直線電機(jī)的動(dòng)子軸通電后可做前后運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)液力端的活塞連桿作前后運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞在活塞連桿的帶動(dòng)下下行，鉆井液在大氣壓的作用下，推開(kāi)吸入閥，進(jìn)入缸內(nèi)，直到活塞到最底端完成鉆井液的吸入過(guò)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(shí)排出閥被打開(kāi)，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(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)寬高M(jìn)M)1300033003000電機(jī)外形尺寸(長(zhǎng)寬高M(jìn)M)1100010002000單電機(jī)功率KW800總重量(KG)30000各部件嚴(yán)格按照美國(guó)石油學(xué)會(huì)api7k標(biāo)準(zhǔn)制造1.4性能特點(diǎn)該泵組克服了三缸單作用機(jī)械往復(fù)泵的缺點(diǎn)與不足，由于是雙液力端，其整機(jī)性能達(dá)到現(xiàn)有兩臺(tái)1600三缸單作用機(jī)械往復(fù)泵的工作水平，同時(shí)盡量滿足客戶的個(gè)性化需求。主要特點(diǎn)如下；（1）重量可控，適應(yīng)現(xiàn)代鉆機(jī)的要求，可移動(dòng)性好。（2）六個(gè)缸輪流工作，三個(gè)壓力波重疊，泵壓波動(dòng)小，無(wú)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(guò)對(duì)電流，電壓的調(diào)節(jié)能方便地控制排量泵壓的大小，隨時(shí)滿足鉆井對(duì)排量，泵壓的要求，滿足鉆井工藝的需要。（4）沖程長(zhǎng)，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(zhǎng)，克服頻繁更換的缺點(diǎn)，能滿足鉆機(jī)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(dòng)力端直線電機(jī)采用智能電液聯(lián)合控制，系統(tǒng)同時(shí)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(diǎn)2.1直線電機(jī)電機(jī)與mcc軟啟動(dòng)裝置，plc及各種按鈕，開(kāi)關(guān)主令和電位計(jì)，冷卻風(fēng)機(jī)，空間加熱器等組裝為一長(zhǎng)方體，便于整體更換。直線電機(jī)采用圓筒形3相永磁同步直線電機(jī)，直線電機(jī)的啟動(dòng)，換向，調(diào)速，停止，制動(dòng)由變頻控制系統(tǒng)控制。電機(jī)設(shè)有防碰及旋轉(zhuǎn)裝置，動(dòng)子軸在運(yùn)動(dòng)到前后死點(diǎn)某一距離時(shí)，位于軸端的電磁線圈通電，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)同性，互相排斥產(chǎn)生止推力，阻止動(dòng)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(cuò)位安裝，同時(shí)產(chǎn)生繞軸心的旋轉(zhuǎn)力，使動(dòng)子軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)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(zhǎng)了活塞和缸套的使用壽命。即電磁旋轉(zhuǎn)裝置可同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)方向不同的力，與動(dòng)子軸同一圓心的推力和繞軸心的旋轉(zhuǎn)力。直線電機(jī)剖視圖電磁裝置剖視圖外殼1動(dòng)力端2液力端3直線往復(fù)電機(jī)4動(dòng)子軸5活塞缸6閥箱7活塞8缸套9進(jìn)液口10出液口11抽吸口12出液?jiǎn)蜗蜷y13進(jìn)液?jiǎn)蜗蜷y14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(jìn)液口液體流動(dòng)壓力的沖擊，使閥體在上下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也繞軸心旋轉(zhuǎn)，避免閥體和閥座之間在同一位置長(zhǎng)時(shí)間碰撞磨損，從而延長(zhǎng)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(chǔ)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(diǎn)：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(zhǎng)時(shí)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(shí)，彈簧鋼片圈的彈性能使皮碗的橡膠跟進(jìn)膨脹從而緊貼缸套，形成缸套磨損后跟進(jìn)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(zhǎng)時(shí)間磨損，徹底失效后，通過(guò)上緊后部活塞上的頂進(jìn)螺栓，使其向前頂緊頂緊鋼圈，頂緊鋼圈推動(dòng)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(zhǎng)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(chǔ)存潤(rùn)滑油，起到潤(rùn)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(zhǎng)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(yǔ)該型鉆井泵采用直線電機(jī)作動(dòng)力源，摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)，簡(jiǎn)化了鉆井泵的零件配置，與傳統(tǒng)機(jī)械泵比有著重量可控，適應(yīng)現(xiàn)代鉆機(jī)的要求，可移