对钻井泥浆泵带泵传动方式的对比和探讨|钻井泥浆泵d泵与a泵区别

　　摘要 通过对钻井泥浆泵带泵传动方式的对比，从制造成本、体积重量、空间紧凑、传动效率能耗、现场安装操作、进厂维修等几个方面对：1）直接多根皮带轮传动；2）二级变速箱多根皮带轮传动；3）液力变矩器多根皮带轮传动；4）直接变频电机多根皮带轮传动；5）链传动这5种方式的对比和探讨，得出链传动是一种比较折中的可行的一种钻井泥浆泵带动方式。
　　关键词 带泵方式；性能指标对比；链传动方式探讨
　　中图分类号TE24 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）35-0163-02
　　1 概述
　　钻井泥浆泵在钻井过程中随着井深的变化需要改变其流量压力，最早大庆型钻机是靠柴油机经过减速箱，然后通过多根皮带带动的皮带轮来驱动泥浆泵的，其转速是不可以改变的，改变其流量需要通过更换泥浆泵的缸套直径大小来调节的，其方式笨拙，费时费力，不易操作，停泵时间长，又耽误钻井过程，因此产生了对泥浆泵带泵传动方式改变的要求。
　　2 目前状况
　　根据目前已经有的泥浆泵带泵传动方式有以下几种：一是上述所讲的直接皮带轮传动方式；二是最近又有了二级变速齿轮箱通过调节其转速来改变泥浆泵的转速，来改变其流量，其方式是经过柴油机来通过双气胎离合器再到变速箱再通过皮带轮来带动泥浆泵；三是通过液力调速偶合器或液力变矩器然后通过皮带轮传动来带动泥浆泵的；四是变频电动机多根皮带轮通过调速来直接驱动泥浆泵的。
　　3 链传动方式的探讨
　　以上传动方式各有其优缺点，本人提出的方式是通过链条传动方式来带动泥浆泵运转的，其方法是通过柴油机来与减速箱连接，然后通过气囊离合器再到可调链轮组来带动泥浆泵的运转，如图1所示，其泥浆泵的运转速度可以通过不同齿数的主动链轮来改变其传动比来实现的，其方式简易操作。
　　注：1.泥浆泵底座，2.泥浆泵，3.被动链轮，4.底座，5.轴承座，6.链轮Z1，7.链轮Z2，8.链轮Z3，9、10.half定位套，11.离合器，12.减速器，13.万向联轴器，14.柴油机，15.链条
　　1.泥浆泵，2.被动链轮，3.链条，4.主动链轮组，5.轴承座，6.滑轮，7.节链钩，8.立柱，9.底座，10.可调张紧过渡链轮，11.泥浆泵底座
　　链传动方式的调整链轮状态时的侧视示意图
　　4 链传动的设计计算
　　1）参数：本方案选用2000型12V 190柴油机，其额定功率为1 000kW，额定转速为1 500r/min，来带动兰石产的3NB-1300泥浆泵，其额定功率为960kW，额定泵速120r/min，泵传动轴转速为457r/min,最大排出压力35.6MPa，减速器为JS3-1000型，Z1=28，Z2=43；
　　2）滚子链传动的设计计算
　　（1）链条的静强度计算式为：
　　n=Q/(KAF+FC+FF)≥[n]
　　上式中，ｎ－静强度安全系数；Q-链条极限拉伸载荷（N）；KA－工况系数；F－有效拉力（N）；
　　FC－离心力引起的拉力（N）；FF－悬垂拉力（N）；[ｎ]－许用安全系数
　　根据计算选用ISO链条号为36A的2英寸三排滚子链条
　　（2）滚子链的使用寿命计算
　　上式中，Ｔ为使用寿命（ｈ）；Ｋｍ为多排链排数系数；ＫＡ为工况系数；Ｌｐ为链长
　　（3）链轮的设计计算
　　根据计算选用2英寸三排滚子链轮选用主动链轮齿数分别为Z1=23，Z2=31，Z3=35，泥浆泵上的被动链轮齿数Z=49，d=p/sin(180/z),当然根据泥浆泵流量压力的需要还可以设计出其他齿数直径的主动链轮来实现泵速的改变。
　　（4）链传动方式简介
　　通过2000型12V190柴油机提供动力由万向联轴器与JS3-1000减速器连接再通过Φ600气囊离合器与多组三排滚子链轮连接，再通过三排滚子链与钻井泵NB-1300的传动轴上的被动三排链轮连接，由此来带动泥浆泵的工作。
　　（5）调速方式
　　改变主动链轮的齿数来改变其传动比来实现泥浆泵的根据不同流量压力要求的转速，主动链轮与主动轴之间的连接是通过间隙配合的花键方式来连接的，通过更换half定位套与主动链轮之间的轴向不同位置来实现不同齿数的链轮来传动。由于每个档位齿轮传动时链条长度不一，所以工作状态时用可调高度的张紧过渡链轮来调节链条的松紧已保证合适的运转状态。
　　5 传动效率的比较
　　传动效率为η，多组皮带轮的η=0.90，齿轮η=0.98，液力变矩器η=0.85，链传动η=0.95，1）直接多组皮带轮传动方式的η=0.90×0.98=0.88；2）二级齿轮变速箱多组皮带轮的传动效率η=0.98×0.98×0.90=0.86；3）液力变矩器多组皮带轮传动方式η=0.85×0.90=0.76；4）变频电机多组皮带轮传动效率η=0.99×0.90=0.89；5）链传动方式η=0.95×0.98=0.93，所以链传动方式是一种效率相对较高的一种带动方式。
　　6 制造成本的比较
　　变频电机制造最昂贵，液力变矩器次之，齿轮变速箱第三，多组皮带轮传动方式第四，链传动方式最经济。
　　7 体积重量的比较
　　体积由小到大分别为：1）链传动；2）直接多根皮带轮；3）直接变频电机多根皮带轮；4）液力变矩器多根皮带轮；5）变速箱多根皮带轮。重量由小到大分别为：1）链传动；2）直接多根皮带轮；3）直接变频电机多根皮带轮；4）液力变矩器多根皮带轮；5）二级变速箱多根皮带轮
　　8 现场安装空间和操作的比较
　　直接皮带轮安装多根皮带时需要拆卸轴承座，安装比较麻烦，齿轮变速箱体积、重量较大，安装也比较麻烦，液力变矩器安装需要找正，链传动方式安装比较简单，易操作，只需松开张紧过渡链轮，将节链钩把链条提起，然后打开定位套，将链轮组在花键轴上轴向移动改变其位置顺序就可以达到调速的目的，另外其安装空间比皮带轮更紧凑。
　　9 维修方式的比较
　　变频电机的现场维修比较复杂，液力变矩器次之，齿轮变速箱也比较麻烦，皮带轮重量比较大，链传动的链轮体积、重量比较小，便于维修。
　　10 结论
　　通过以上几种传动方式的比较，可以看出链传动方式是一种比较折中的带泵方式，与其它传动方式比较有比较明显的优点，其制造成本低、体积小、重量轻，被动链轮比之前的被动皮带轮重量至少减少一半，安装空间紧凑，由于链轮传动不需要皮带轮那样远的中心距，所以安装空间紧凑，还有其传动效率较高，能耗相对低，现场更换链条时不需要像更换皮带那样，不需要拆卸轴承座，易安装操作，进厂易维修，所以是一种可以采取的方式，尤其是在链传动钻机中应用更加合适。
　　
　　参考文献
　　[1]机械设计手册.机械工业出版社，2004，8.
　　[2]中国石油天然气行业标准 SY 5138-92.三缸单作用钻井泵.
　　[3]中国石油天然气行业标准 SY/T5030-2006.石油天然气工业用柴油机.
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文