泥浆泵的分析介绍

第一章绪论

1.1 泥浆泵的发展

到目前为止，使用泥浆泵钻井己有一百多年的历史。早期的泥浆泵的功能仅在于循环泥浆、冷却井底、携带岩屑和在井壁形成泥饼。在四十年代末，采用了喷射式钻井，以及后来的井下动力钻具钻井，利用高压泥浆的冲蚀力辅助破碎岩石可以加快钻井速度，利用泥浆的动力驱动井下涡轮钻具也可以旋转钻井，从而扩大了泥浆泵的功能和使用范围。

泥浆泵早期的典型结构是双缸双作用泵，这种泵使用时比较可靠，但是体积和重量都较大，效率低，压力波动大。随着钻井井深的增加和套管层次的增多，对钻井泵的排量和泵压提出了愈来愈高的要求。这也导致了泵功率的急剧加大，泵的重量和外形尺寸也随之增加。为减轻泵重，当时在双缸泵的设计上较大的改进是以钢代铁和减小泵宽。以钢带铁是用钢板焊接的泵壳代换铸铁泵壳，并将一些零件改用优质合金钢制造;减小泵宽是应用大直径的滚动轴承作连杆大端支撑，摒弃悬臂曲拐轴设计。这样，两缸中心距明显缩小。这些都是50年代双缸泵的主要改进之处。当然，除此之外在细节结构上也有不少改进。尽管在50-60年代喷射钻井工艺本身提出了5

?Pa的泵压要求，但双缸泵的实际持续工作泵压只能达

21010

到5

?Pa左右。限制泵压提高的主要因素是活塞橡胶皮碗的寿命。双缸双作用15010

泵的活塞是“捂”在缸体里的，冷却散热条件极差。尽管冲次不高，但在高压下由于活塞皮碗与缸套的摩擦，仍将产生100℃上下的温度:再加上与缸套间的各种磨损作用，皮碗很快老化破裂，不能保证钻井作业的正常进行和使用的合理寿命。但这种单向活塞和敞口缸套的结构给吸入带来了特殊的问题，即三缸泵的吸入过程中，只要缸内压力低于当地大气压，空气就可能从活塞背后侵入液缸而破坏正常吸入。所以，在原则上三缸泵应配置灌注泵，这也是国外通常的做法。三缸单作用泥浆泵的优点在于体积小、重量轻、效率高、压力波动小，特别适用于钻井。三缸单作用泥浆泵经过三十多年的不断改进和完善，在性能上、结构上、可靠性、适应性与经济性等方面，已经走向成熟，使用效果也很显著。

在我国，第一台泵是五十年代诞生的，为双缸泵。在七十年代，由于钻井工艺的试验和推广，引进国外三缸泵及技术。从此开始了三缸泵的研制工作，它在短短的数年中取代了双缸泵，成为提高喷射钻井水平的关键设备。

1.2 泥浆泵的作用和特点：

在使用旋转钻井法钻石油、天然气井的作业中，钻井往复泵用于泵送钻井液—泥浆，使其循环流动进行冲井。所以钻井泵通常被称为泥浆泵。按其工作重要

性，又被比拟为“钻机的心脏”。

泥浆循环是旋转钻井过程中的关键作业，主要有以下作用:

1、清除井底的岩屑并将其经由环形空间携至地面；

2、在井壁上造泥饼，防止井壁坍塌；

3、平衡或控制已钻开的井段中的油、气、水层压力，防止井喷；

4、处理井下复杂情况。如遇裂缝地层时泵入堵漏材料，遇卡钻时泵入原油、柴油解卡等。

5、冷却钻头，润滑旋转的钻柱。

1.3钻探工作对泥浆泵性能的要求

钻探工作对泥浆泵的要求主要有以下几点：

1.泥浆泵的排量要能简便、迅速地在较大范围进行调节，最好能实现无级调节；

2.泥浆泵的排出压力也要能在较大范围进行调节；

3.当根据钻进工艺规程将泵量调定以后，它不能随泵的排出压力的变化而

发生变化；

4.工作可靠、易损件寿命长、便于维修保养；

5.要能适应不利条件下的工作；

6.运移性要好。

第二章泥浆泵的工作原理

2.1 泵的工作原理

泥浆泵是地质钻探设备的心脏，它是固井、压裂、酸化等作业中的关键设备之一，它在石油化工、煤气化工工程、电站、矿山开采、船舶等行业中也起着重要作用。泥浆泵属于往复泵，往复泵的突出优点是:高泵压，泵压不随流量(排量)变化，泵的效率高、并且不随流量变化，能输送高粘度、高含砂量及含磨砺性固体颗粒的液体.同其它类型泵相比，往复泵的缺点是:流量比较小，瞬时流量和泵压是脉动的，泵的体积大，易损件较多，维修工作量大。

尽管往复泵有上述不足，但是，这并不意味着往复泵有全部被其它类型泵所取代的趋势。今后往复泵发展的趋势是:充分发挥往复泵配套性强，适应介质广泛的优势，充分发挥往复泵在流量较小而排出压力很高时整机效率高及运转性能好的优势，充分发挥往复泵的流量与排出压力无关的优势.当然，要使往复泵不断发展，不仅要充分发挥它的优势，而且还要不断地克服它的缺点。

该泥浆泵是三缸单作用泵，对单作用泵来说其工作原理可简化下图说明：图2—1为单缸单作用泵工作原理示意图。它由滤水器l、吸入阀2、泵缸3(即工作腔室)、活塞4、活塞杆5、十字头6、连杆7、曲柄轴8、曲柄销9、排出阀10、排出管道11等主要零部件组成。

图2-1 往复式泵工作原理示意图

1．滤水器 2.吸入阀 3. 泵缸 4.活塞5.活塞杆6 .十字头 7. 连杆8. 曲柄轴 9. 曲柄

10.排出阀 11.排出管道

通常以十字头为分界线，靠近泵缸一端称为泵的液力端，靠近动力输入一端称为泵的动力端。

动力机通过皮带、皮带轮、齿轮等传动件带动主轴旋轮，曲柄轴8以角速度 。随主轴一起转动，同时曲柄轴一端相连的连杆7随着曲柄轴的转动带动连杆另—端的十字头6作往复运动，十字头通过与它相连的活塞杆5带动活塞4作往复运动，从而实现容腔3的容积有规律地变化。

当活塞由泵缸的左端位置(左死点)向右方移动时，活塞左端泵缸容积不断变化。由于泵缸是密闭容腔，不与外界大气相通，所以左边缸室内压力降低，形成负压（低于大气压力)，吸水池中的液体在液面大气压力的作用下，挤开吸入阀进入泵缸，挤开吸入阀进入泵缸，直到活塞移至最右边位置(右死点)为止。这一工作过程称为泵的吸入过程．当活塞到达右死点后(即曲柄转过 rad)工作液停止吸入，吸入阀在自重和弹簧力作用下被关闭，活塞向左方(向液力端)移动，这时液力端一边泵缸的容积缩小工作液受挤压，缸内压力逐渐加大，挤开排出阀，液体排出，进入排出管道，这—过程称为泵的排出过程。活塞在一次往复过程中，此单作用泵吸入和排出液体一次，活塞不断循环往复运动使液以体不断吸入和排出。由泥浆泵的工作过程可以得出:泥浆泵是一个往复泵，它之所以能够实现吸、排液体，是由于活塞在泵头体内作往复运动.使泵头体工作腔的容积发生周期性变化，从而使吸入管产生真空，使排出管压力升高。由于泥浆泵是借助于工作腔容积变化进行吸、排液体的，所以泥浆泵也是一种容积式泵。

2.2 泥浆泵的基本结构

往复泵由动力段和液力端两大部分组成。动力端的功能，是将动力机的回转运动转变为活塞(或柱塞)的直线往复运动。它包括传动离合装置、变速减速装置和曲柄连杆。它们的相互位置与安排决定着泵的总体结构型式，决定着泵的驱动方案及结构方案的选择。动力端的主要零部件包括皮带轮，离合器曲轴箱体及其中的传动轴，齿轮副，曲轴，连杆及十字头滑块。液力端油泵头体、缸套、活塞、活塞杆吸入阀和排出阀等组成，它的作用是通过活塞在缸套中作往复运动形成液缸容腔变化，完成能量转化，实现吸入和排出液体。

此泵曲轴箱由两极齿轮变速机构和曲柄连杆机构组成。曲轴箱的输入轴和输出轴通过牙钳联轴器对接传动。当曲轴箱的输入轴上的双联变速齿轮分别和曲轴上的对应齿轮相啮合，曲轴可得到快慢两级转速。加上变速箱的四级变速。曲轴上总共可获得8级转速，实现8级变速。液力端属于直通式结构，便于制造，装配精度高。

2.3 往复式泥浆泵的运动规律

2.3.1 曲柄连杆机构及活塞的运动规律

往复式泵通常都是通过曲柄连杆机构将原动机的等速回转运动变为活塞的往复直线运动，并通过活塞将原动机的能量传递给液体。由于曲柄连杆机构的运动特点，决定了活塞的运动是遵循着一定规律而变化的，这种规律又决定着液体在缸内的运动规律。因此研究流量的变化规律首先要研究活塞的位移、速度、加速

度的变化规律。曲柄连杆机构与活塞的运动情况如图2—2所示。

图2-2 曲柄连杆机构与活塞运动情况示意图

若曲柄回转中活塞中心线位于同一个水平面内，以活塞在泵缸左端终点位置为坐标原点。此时图中角φ，β均等于零。当曲柄顺时针转动时，则活塞自左向右运动，其运动距离为：

(1cos )(1cos )x r L φβ=-±- （2—1） 式中：L —连杆长度，m ；

R —曲轴半径，m ；

φ—曲柄的转角；

β—连杆的摆角。

当活塞自由向左运动时，计算式相同，但右边两项之间取“—”号，将cos β值换为的三角函数表示则应为

sin sin L r βφ?=? （2—2） sin sin r L

βλφ== （2—3）

cos β== (2—4) 上式按牛顿二项式展开，可得：

224466111cos 1sin sin sin (2816)

βλφλφλφ=---- （2—5） 活塞的位移，速度，加速度的近似计算方程：

(1cos )x r φ=- （2—6） sin u r ωφ= （2—7） 2cos a r ωφ= （2—8）

往复式泵活塞运动速度u 不是定值，而是每一瞬时都在变化，而且是近似按

正弦规律变化；从上式可知，活塞运动加速度a 也是在变化的，它在往复运动过程中，近似按余弦规律变化。以单杠泵为例，它在排出液体过程中，活塞自某时刻t 起，经过时间t ?，活塞移动距离为x ?，则在t 时刻泵的瞬时排量为： (sin sin 2)602

ns Q F πλφφ=± （2—9） 式中 S —活塞冲程，为曲柄半径的2倍。

对于三缸单作用泵，其曲柄互成120度夹角。曲柄回转一周，三个液缸各排出液体一次，故流量变化曲线图上有三条近似正弦曲线。泵的瞬时流量应是各条曲线在同一时刻的纵坐标数值之和，如下图所示：

图2-3 三缸单作用泵瞬时排量曲线

活塞的运动规律决定了瞬时流量的变化规律。不同缸数的往复式泵，其瞬时流量的变化范围不同，产生流量不均匀 。

2.4 泥浆泵的流量不均度

流量不均度是用来衡量往复泵流量脉动程度的指标。

max min m m Q Q Q Q

δ-= （2—10） 式中：max m Q —泵的最大瞬时流量

min m Q —泵的最小瞬时流量

Q —泵的理论平均流量。

(1)60260233

60

X nSF nSF nSF πππσ--===0.14 （2—11）

往复式泵的流量不均匀度过大，将给钻探工作带来以下不良影响：

1．使冲洗液携带岩粉的能力降低，容易造成埋钻、糊钻等事故；

2．会导致液流压力波动增大，从而引起孔壁坍塌或严重漏失；

3．造成吸入系统内液流惯性增大，使吸入性能变坏，使液缸内出现强烈的冲击现象，还可能形成排出系统发生振动，降低泵及其附件的使用寿命；

4．当给涡轮钻具、螺杆钻具等提供动力介质时，冲洗液流量的波动会使

钻具运转不平稳，时快时慢，还使得原动机功率的无谓消耗增加。

第三章泥浆泵关键部件的分析

3.1泥浆泵的分析

3.1.1整体分析

单作用往复式泥浆泵，绝大多数采用曲柄连杆传动。它又由动力端和液力端两大部分组成。动力端的曲轴上装三根相同连杆，连杆与十字头用十字头销轴连接。十字头的另一端通过丝扣于活塞杆连接。活塞杆通过两层密封圈后进入缸套。曲轴箱内的传动轴上装一对双联齿轮，可分别与曲轴上的大小齿轮箱啮合，得两组不同的速度，从而扩大泵的变量范围。泵头体与缸套做成分离件，钢制缸套裸露于外，用八根长螺栓把缸套紧固于泵头与曲轴箱之间，在曲轴上有导正套是缸套定位。泵头端用定位台阶和尼龙垫片，以保证泵头缸套及曲轴箱三者之间在同一中心线上并使泵头接触处密封。泵头的阀门结构为直通式，泵头的进水，拍水通道为三缸所共有，分别安装在泵头的上面和下面。每个通道两端结构相同，可以在任一端接进水管和排水管接。泵头内装六个尺寸相同的阀座，用40Gr钢制成，压装在泵头体上。阀座带四个导向爪，并装有钢球阀。缸盖带的短轴头限制吸入阀的升程，排出阀的升程有泵头体上的阀盖限制。采用橡胶件皮碗，与活塞座及压盖一起装在活塞赶上，橡胶活塞的直径稍大于缸套直径，产生密封。曲轴箱内采用飞溅润滑，油面采用量油尺测量，油箱底部安放油螺塞，曲轴箱盖采用铸铁制造。

3.1.2动力端及其关键部件的分析

动力端的功能，是将动力机的回转运动转变为活塞(或柱塞)的直线往复运

动。它包括传动离合装置、变速减速装置和曲柄连杆。它们的相互位置与安排决定着泵的总体结构型式，决定着泵的驱动方案及结构方案的选择。动力端的主要零部件包括皮带轮，离合器曲轴箱体及其中的传动轴，齿轮副，曲轴，连杆及十字头滑块。按离合器的安排形式，动力端的结构方案为：利用拨叉式皮带带动中间装置上的空转轮和工作轮实现离合。按曲轴箱传动结构方式不同，动力端的结构方案为：曲轴箱内采用具有剖分式的曲拐轴方案，曲轴箱采用铸铁件。设计曲轴箱体时，使内部所有零部件安装、检修方便；有良好的润滑条件；加工时应保证驱动部分零件之间有精确配合，特别要保证液缸中心距的精度要求。

曲轴

曲轴是泥浆泵的重要部件，本文中传动轴采用曲拐轴形式。如下图所示：

图3-1 曲轴

曲拐轴采用球墨铸铁制成，三个曲柄相互相位差为120度，两端与轴承相配合，中间用螺栓与齿轮相连接，传递力和扭矩。因此曲轴是泥浆泵的重要组成部件 连杆

连杆是泥浆泵中重要

的连接部件。连杆大头与曲

轴相连，小头与十字销相

连，中间部分为连杆体。杆

体截面采用工字形。连杆大

头做成剖分式，连杆小头用铸铁制造，显微组织为均匀回火索氏体，正火处理后硬度已达到HB230-280.满足要求。

十字头

十字头是起导向作用的连杆部件，

本设计采用圆筒式结构，如上图所示一

边连接连杆，另一边与活塞杆相连接，

它传递交变应力

图3-3 十字头

3.1.3液力端及其关键部件分析

液力端由泵头体、缸套、活塞、活塞杆吸入阀和排出阀等组成，它的作用是通过活塞在缸套中作往复运动形成液缸容腔变化，完成能量转化，实现吸入和排出液体。液力端中泵头体的设计：采用具有剖分式泵头的结构方案，即每一泵缸具有自己单独的泵头，再用螺栓连接成整体。这种剖分的单泵头体，体积小、铸造容易、检修方便。根据阀门箱的布置结构不同，液力端采用直通式结构，这样吸入阀和排出阀处在同一轴线上，结构紧凑、余隙容积小、质量轻。泵的液缸体采用灰铸铁铸造，吸入阀、排出阀之间液流通道要短而直，其内径很小。考虑为减小流道阻力损失，加大拐弯处的圆角，使内壁表面光滑。液缸内的形状不利于滞留空气。吸入、排出阀靠近缸体，减少了水利损失和余隙容积。方案使吸入、排出口便于同吸入、排出管道相连。

活塞

活塞由活塞座、橡胶密封皮碗、压盖及螺帽等组成。橡胶密封部分制成碗型，只在靠近排出端一侧有唇型密封皮碗，皮碗紧靠在尼龙塑料支撑环上。且为了避免皮碗与衬圈接触处产生撕裂或剥落，采用由聚酯与合成橡胶为材料的组合式活塞。如下图所示：

图3-4 活塞部件

1．活塞杆 2.活塞座 3.橡胶活塞 4.压盖 5. 缸套6.紧定螺母

活塞是往复泵一个重要而又易损坏的部件，采用上述方式时可以收到很好的效果且有以下几个特点：1此活塞为可调部件，当皮碗外唇部磨损后，通过调整压紧装置，使皮碗中间部分压紧，唇部被挤压少许，仍能压紧缸套；2活塞与活塞杆的缩紧装置牢固可靠，运转时不会出现松扣现象；3皮碗损坏后应可以更换，其缸芯部分则可以继续使用；4皮碗唇部形状应有利于自封。活塞杆是用来把十字滑块传来的作用力传递给活塞，它制成整体式结构。活塞杆由40Gr钢制成，它的密封放在单独的壳体内，有弹性的唇型密封圈组成，并永钢铁套筒和带两个双头螺栓

得法兰压紧。缸套及密封：缸套用45号钢制成，正火处理后的硬度为HB200-270，内孔表面淬火硬度为HRC50-60，淬火表层厚度为1.2~1.7mm 。采用聚酰胺挡圈和有自封性的唇形橡胶对缸套进行密封。泵阀采用钢球阀，原因是阀球和阀座直接靠近金属面密封，密封接触面小可以避免液体中的固体颗粒楔入密封面，它在启动中伴有旋转运动，球面磨损均匀，流道圆滑，液流阻力小，便于制造，互换性强，拆装方便，便于清洗。阀座又5Gr 钢制成，整体淬火，淬硬层厚度为2-4mm 。表面硬度HRC50-55以上，钢球材由合金钢制成。

3.2泥浆泵主要零部件强度校核

3.2.1 曲轴连杆机构的受力分析

在往复泵中，曲轴连杆机构是把旋转运动变成活塞往复运动的机构。工作中，作用在曲轴连杆机构上的力有：活塞上的液体压力；各摩擦部位（活塞与缸套，十字头与滑套，连杆大小头的铰点等）的摩擦力；曲轴连杆机构中运动部件的惯性力以及曲柄上的旋转力矩，这些力均与曲柄转角有关。

下图是单缸作用曲柄连杆机构的受力图：

图3-5 连杆受力图

作用在活塞上的力为：

22610.06 5.61015825.644

a P D P P N ππ==??=h （3—1） D-缸套内径m

P-一般取泵的排出压力

总摩擦力为P f 与运动方向相反，取P h 的10% ～15%

P f =（0.1～0.15）P h =1582.56N ～2373.84N （3—2）

计算惯性力，首先把曲柄连杆机构的不平衡质量换算到往复运动的十字头销中心和作旋转运动的曲轴中心。

连杆的质量分成两部分。一部分集中在十字头销中心其质量为m

x

；另一部分

集中在曲柄销中心，其质量为m

y ，若连杆的总质量为m

l

m

l =m

x

+m

y

（3—3）

这两部分质量的重心应和连杆的重心相一致

m

x l

1

=m

y

（l-

1

l）（3—4）

l

1

—连杆重心到十字头销中心的距离；l—连杆长度。

m

x =m

l

1

l l

l

-

m

y =m

l

1

l

l

m

x =（0.3～0.4）m

l

m

y = (0.7～0.6) m

l

曲轴的质量分成三部分。其中不平衡质量为m

1

和m

2

见图

图3-6曲轴不平衡质量换算

把m

1和m

2

换算到曲柄销上的质量为m

k

：

m

k =m

1

+m

2r

ρ

（3—5）

若活塞组件的总质量为m

p ，则作往复运动的总质量为m

s

m

s =m

p

+ m

x

（3—6）

作往复运动的惯性力为：

I s =m s a =m s r 2ω(cos ?+cos 2λ?) （3—7）

换算到曲柄中心的不平衡旋转部分的总质量为m r

m r =m k +m y （3—8）

作旋转运动的惯性力其方向与曲柄半径的方向相同

I s =m r r 2ω （3—9）

此泥浆泵的最高转速为18 r/min 小于300r/min ，按式1，2 计算后所得的惯性力很小忽略不计

作用在十字头销上的力P 为：

P=P h + P f =（1.1～1.13）P h =（1.1～1.15）

24D P π （3—10） =0.86～0.92D P

=（0.86～0.9）20.0665.610??

=（2889.6～3024）N

把P 分解为沿连杆方向的力P t 和垂直于液缸轴线的分力N

P t =cos P β

（3—11） N =P tg β （3—12） 作用在连杆上的力P t 视角和连杆强度和稳定性的主要依据，力P t 沿连杆传到曲柄

销上又可以分解为两个力：沿曲轴半径的力P r 和垂直于曲柄的切向力T

T =P t ()sin ?β+=P ()sin cos ?ββ

+N （3—13） 切向力和径向力是校核曲轴强度和刚度的主要依据当2

π?=

时曲轴的受力最大 P max =T max =3024N

P r =-P =-3024N M=Tr=3024?32.5310-? （3—14）

=98.28N 三缸单作用泵的曲柄互成相位差

23π，所以存在一个液缸排液和两个液缸同时排液的情况 当3

π

当0

3

π和23π

第二个液缸产生的作用在曲轴的力矩为

M 2= 22

2sin(

)3cos P r π?ββ++??

=2221)sin()22cos P r ?β?ββ+-+?? （3—16） M k =M 1+M 2 （3—17）

当?=6

π时，β1 =β2由M 1和M 2两式可知，这时曲轴的力矩最大 M 1=P r ?=98.28N

受到的力r P 和T 也最大

T max =3024N r P =-P

=-3024N

力14F 垂直向上

连杆负荷

θ—曲轴的转角

180φ-—连杆转角

连杆负荷用力多边形计算

12F =-32F

32F =-34F

将作用在连杆上的力绘成力多边形

1sin sin ()r l

θφ-= r -曲轴半径

l -连杆的长度 l =0.196m

由?=0 2号缸处于排出冲程连杆轴承负荷

34F =4cos F φ

4F =max A P ?=15825.6N

34F =115825.60.06cos sin ()0.196-?????

?=16658.5N 应力计算

销：r c s σ=550MPa

[]σ=s n σ=550

2=275MPa

剪切应力(max)s S =V

A

（3—18）

[][]0.6τσ==165MPa

V-外拉力 A-销的有效截面积

V=16658.5N

(max)s S =[]2216658.516658.5

111.060.0015(0.0160.008)

4MPa τπ==<-

因此满足要求。

第四章泥浆泵的易损件及影响其寿命的主要因素钻井泵工作条件恶劣，是钻探设备中的一个薄弱环节。在实际生产中，因为泵出事故或损坏而停钻几乎每天可以遇到。在石油钻井中曾有人作过统计：当钻身为2500M时，有28.4％的每天支出费用花在钻井泵上，有49.3％的钻井没备修理工时是用在修理钻井泵上。而钻井泵的事故绝大多数是由于易损件损坏造成的。据统计，苏联1970年钻井总进尺为1382万米，而消耗缸套达89200件、活塞175000件、阀238000套。胜利油田1972年73台钻机统计，钻井泵7项易损件总消耗157万元，其中阀58万元、活塞27万元、缸套30万元、拉杆及盘根等42万元。由此可见：研究易损件的破坏机理及其寿命的影响因素，从而提高易损件寿命和工作可靠性，对于减少人力、物力消耗、提高钻进效率、降低成本有十分重要的意义。这对钻探设备的设计来说也是一个关键问题。实践表明：对于不同型式的钻井泵即使同一种易损件其使用寿命也不相同，就是同一台泵、同一种易损件，经过改进与未经改进的寿命也不相同。这就说明，在充分认识各种因素对易损件寿命的影响之后，经过结构、材质及加工工艺方面的改进，易损件的寿命是可以提高的。

往复式泵易损件主要包括缸套、活塞(或柱塞及其盘根)、阀和阀座、活塞杆及其盘根等。都是往复运动件及其密封摩擦副的对磨零件，它们有两个共同特点：一是对磨零件是弹性体，它可以变形；二是在工作过程中承受着一定的压力差。因此它与两个刚性零件形成的摩擦副不同，其摩擦和磨损规律的研究更困难。4.1易损件的磨损

4.1.1 易损件的正常磨损

泥浆泵所输送的冲洗液中，常常含有大量磨砺性颗粒，有时高达5-10%，颗粒直径有的达到1.5-2.0mm，其微观硬度达到180-230。当易损件在往复运动中，由于压差的作用楔状液流夹带着颗粒侵入摩擦接触表面，从而使密封件或刚性件产生划痕或刻槽长期的结果，易损件失去正常工作能力。因此易损件正常磨损一般均沿摩擦副零件的圆周形成与往复运动方向一致的沟槽，有的地方还可看到液流冲蚀的痕迹。在摩擦副的弹性零件与刚性零件上沟痕往往凸凹对应。

对于摩擦副中弹性零件来说，由于摩擦副接触表面光洁度不理想及磨砺性颗粒的侵入，在往复运动产生摩擦阻力，且随着工作压力加大，阻力也增加，部分能量转变为热能，是摩擦副零件接触表面温度升高，而弹性橡胶的传热系数很低，是热量集中在橡胶件的表层，从而导致橡胶加速老化，直至丧失弹性不再具有密封性能。

泥浆泵通过曲柄连杆传动，因此活塞在缸套内运动速度是变化的，沿缸套轴向

磨损的程度也不同。实验表明，当曲柄转角

3

22

ππ

φ=和时，也即是在缸套的中部，

活塞运动速度最大，在同一摩擦力作用下，此时消耗的摩擦功最大。因此，这一段缸套的磨损量最大，越接近活塞的左右死点，活塞运动速度越小，直至为零。从缸套横截面看因为沙粒在泥浆中的自由下落速度为0.17-2.25m/s ，而泵送泥浆运动速度为0-0.75m/s，所以沙粒不易处于悬浮状态，加上沙粒的密度往往较大，常常沉积到缸套下方，这就形成在曲柄转角处磨损量最大。当此处一旦被磨损形成微小间隙，高压液流则从中刺过，大大加速磨损。

阀和阀座的破坏：大量分析结果表明，阀的寿命主要取决于阀密封的工作性能，因此阀的损坏报废主要由于橡胶密封过早破坏，从而使阀和阀座工作表面出现微小缝隙，这时带磨砺性颗粒的高压液流，从小缝隙刺蚀阀的工作表面，使它破坏。其过程大致可以这样来描述。当泥浆泵工作时，动载荷多次作用在阀上，是磨砺性颗粒牢固的嵌入阀盘和阀座的工作表面，阀盘和阀座的工作表面的金属层长生局部塑性变形，结果形成不同程度的凹痕。在阀盘和阀座再次接触时，又有些磨砺性颗粒的对这已经形成的凹痕，使它加深，扩大。如此多次重复的结果，使有的金属层表面局部撕裂和弹性剥落，最后造成阀和阀座的破坏据实际统计资料说明：由于橡胶密封圈破坏而报废的阀盘，占阀盘总报废数的85%，这种原因破坏的阀盘都出现沟槽；由于冲击动载荷作用下磨砺性磨损而破坏的阀座，占阀座报废总数的70% ，这种原因破坏的阀座，工作表面上出现环形磨痕。

4.1.2易损件的非正常损坏

由于摩擦副中，活塞座，活塞衬套于缸套之间，拉杆与盘根套筒之间间隙过大，皮碗或密封唇部在高压下被挤入间隙内，长期反复作用的结果，将皮碗或密封的唇部撕裂。为此活塞采用尼龙衬套，当承受高压时，尼龙衬套或间隔套将适当胀大，使对磨零件间的间隙缩小，不使皮碗或密封唇部挤入。易损件的结构、加工制造质量与装配公差；材料性能；摩擦副的润滑；泵所输送介质的排量，压力，温度，化学性质，介质中所含磨砺性颗粒的性质，形状，大小，多少；维修，保养，包装，运输及储存等工作性质的好坏等都是影响易损件寿命的主要因素，因此设计时要特别注意。

对泥浆泵来说，泥浆中的沙粒含量是很关键的因素，因此要求吸入泵之前的泥浆需要经过很好的净化处理。

4.2泥浆泵的使用与维护

泥浆泵的正常工作对整套钻探设备的生产效率起着很大的作用。正确维护

和使用泥浆泵能提高钻进速度和纯钻进时间，保护孔内清洁，并能将井壁坍和

卡钻事故减至最小。因此我们应当做好泵的使用，维护和保养工作。为保护泥

浆泵的寿命及其正常工作，必须从包装运输保存开始，直至安装使用和维护保

养都精心注意。

4.2.1泥浆泵在开启前的维护与保养

泥浆泵必须安装在稳固的基础之上，必须检查原动机和泥浆泵皮带轮轴的平行度及传动皮带的位置，使它们都在一个平面内，然后用地角螺钉固紧。为了泵能正常工作，应根据钻机机场场地考虑好回水槽，沉淀池，吸水池及泵的合理安装位置，应尽可能缩短吸入管路和吸入高度。在高山地区或安装位置离吸水池过高时，应考虑用辅助吸入系统。

在泥浆泵开动前应对泥浆泵系统作全面检查：

首先应仔细检查往复式泵动力端零部件的紧固情况，配合间隙，润滑状态等。应特别注意检查活塞的压紧螺帽及十字头与活塞连杆连接是否紧固；连杆轴瓦，十字头轴套及滑套的配合间隙是否合乎要求；离合器及变速机构是否灵活可靠；轴承及曲轴箱内和离合器装置内是否有足够的润滑油；用手转动皮带轮或电动机，看看转动时内部有无障碍,并调整皮带的松紧程度。

其次对液力端的整个循环系统作仔细检查，应特别注意检查底阀和滤水器的进水孔是否被脏物堵塞，底阀应开闭自如、关闭严密.软管两端与滤水器及吸入口连接处应保证密封；吸水阀运动是否受到障碍、阀密封是否良好；检查个部分密封件是否密封严密，以防漏水漏气然后要检查压力表及缓冲装置，是否灵敏准确；把三通阀转向回水位置，是排出能流入泥浆池；打开一个吸水阀室，向吸入管道注满水。

4.2.2泥浆泵在运转过程中的使用与维护

在做完以上工作之后，将离合器手柄放在空转位置上，开动原动机，检查泵的皮带轮转动方向是否符合要求。在泵空载的情况下合上离合器，操作过程应平稳稍慢。当泵运转情况正常时，在逐渐关闭回水阀，以便平稳得想孔内输送冲洗液。当泵正常工作时，如需变速操作必须停泵进行，一面在运转中操作损坏机件。

为了保证泵能维持正常的运转，防止冲洗液沙粒的磨损和高压冲洗液的不断冲刷造成泵头体内部过早损坏，必须注意下列事项：

1.在泵正常工作过程中要按时检查各运动件的润滑情况，要使曲轴箱内的润滑油始终保证质量，要注意是否出现异样声音，并及时清除。要经常检查个密封是

否严密。

2.要密切注意泥浆质量，如发现磨砺性沙砾过多或有杂物，必须加强净化和过滤。泵不能再无水条件下工作，滤水器要距水源箱底0.2-0.3m，并要注意清洗底阀及滤罩。

3.注意压力表，安全阀工作是否正常，在最大工作压力下，持续时间不宜过长，以不超过一个小时为宜。

4.干式摩擦离合器不易粘油，以防摩擦片与压盘在结合时滑动，离开时有摩擦。是重要保证离合器的正常工作。

5.曲轴箱内的油温及缸套活塞副的温度不得过高。当钻进完毕时，泥浆泵停止工作前，先将三通阀转向回水位置卸荷，再停泵。如在寒冬季节停泵时间较长时，要放出泵内及管道中的冲洗液，以防缸套甚至泵头部分机关到冻裂。如果泵长期停止使用，还需将曲轴箱中的油放出，清理个部件上的泥砂及污物，并在曲轴轴径，齿轮，十字头，十字头滑套，活塞杆及安全阀体内孔涂上黄油，以防锈蚀。