新型车载泵机组的优化设计分析与研究

摘 要：这种新型车载泥浆泵机组用于石油勘探、钻井设备技术领域。该泥浆泵机组一般具有柴油机、万向轴、减速机、离合器、泥浆泵、灌注泵、储气罐、干燥器、空压机以及控制柜等几大组件。在机组搬运时，用底盘上的油缸将底盘起升到一定高度，底盘上有牵引销，与车头连接后可搬运设备，在机组工作时将底盘放平，底盘同时起到了一个大底座的作用。解决了搬运中现场缺少起吊及运输车辆的难题，使得设备搬运方便。增加了分片式保温房，对设备起到了很好的保护作用。将原有泥浆泵机组的排出弯管与排出滤网更改为设置在空气包下面的新的排出四通结构形式，并将安全阀布置在排出管路上，解决了长期存在的安全阀底部管路泥浆沉淀和冻结造成钻井泥浆失效的技术难题，并有效地解决了钻井泵组占用空间大的问题。

关键词：钻井设备;车载机组;工作原理;优化设计

1 概述

新型车载机泵组，是石油矿场钻井队用于钻井作业的专用设备，全套设备安装于同一个拖挂车底盘上，搬运方便。

该机泵组在井场进行钻井作业时，将车头摘下，底盘大梁平面放置于地面上，由4个油缸支脚将机泵组支撑牢固，连接好管路后即可开始钻井作业。钻井完成后，通过前油缸支脚将前端支起，挂于车头上，并将后油缸支脚收起，即可将机泵组搬运至新的作业地点。

该型机泵组根据作业工况，可单独作业，也可两套并联作业。

机泵组除了装有安全阀起过压保护外，还装有过压自动停机装置，以防止发生意外时，由于泵压过大而损坏设备。

机泵组配备有远程控制装置，能够从司钻房操作台上操作泥浆泵。

2 结构及组成

车载机组主要由以下部分组成：1.保温房 2.底盘 3.牵引销 4.空压机 5.柴油机 6.球笼万向轴7.油缸 8.直角减速机 9.气胎离合器 10.小带轮 11.大带轮 12.顶紧装置 13.泥浆泵14.空气包 15.排出管路 16.灌注泵 17.储气罐 18.干燥器 19.控制柜 20.电动闸阀。

3 工作原理

由柴油机输出的动力通过联接法兰、球笼式万向轴、直角减速机、气胎离合器、小带轮、V型带带动泥浆泵主动轴上的大带轮旋转，从而驱动泥浆泵工作。

泥浆由泥浆罐进入灌注泵，由灌注泵将其输送到泥浆泵吸入管，通过吸入阀进入阀腔，通过缸套、活塞对其加压后，再通过排出阀输入排出管、排出泵外高压管路，参与钻井作业。

4 机组主要部件的设计及制造要求

4.1 主要部件参数

（1）柴油机C27，功率597KW，转速1800r/min

（2）F800泥浆泵，功率800马力，减速4.207

（3）灌注泵SB6″-8″-J12 1/2-55KW

（4）直角减速机，锥齿轮传动，减速比1.588

（5）500型双气胎离合器

（6）空压机TUFLO-1000

（7）储气罐 600L

（8）排出管汇外径121mm，壁厚18mm

（9）油箱 400L两个

（10）额定冲次140冲/分

4.2 机组主要部件的设计及要求

4.2.1 大小皮带轮的设计

由于联组窄V带和普通V带比较，具有结构紧凑，寿命长，节能并适用于高速传动，所以带型选25J，规格为8V4L。带轮应重量轻，质量均匀对称，使用前应做动平衡实验。小带轮转速V1=1800/1.588=1134r/min，大带轮转速V2=140x4.207=589r/min;由《机械设计手册》第六版，表14.1-17n 25N，25J型窄V带的额定功率（摘自GB/T13575.2-1992）知，小带轮直径可设d1=480mm，当V1=1100r/min， 有效直径de1为475mm时，皮带轮每槽能传递的功率为69.41KW，设计所需皮带轮槽数为800÷1.34÷69.41=8.60，因皮带为联组窄V带，每组4槽，所以设计槽数为12槽。大皮带轮有效直径de2=1800÷140÷1.588÷4.207×475=915，因此大带轮直径d2=920mm。

4.2.2 底盘的设计

底盘要求处于运输状态时，四桥上的轮胎均匀受力，设备总高不超过3.9米，总宽不超过3米，总长不超过17.5米，牵引销离地高度为1.5米时挂上牵引车;工作时，脱掉牵引车， 大梁放平，底盘起到了一个大底座的作用。设计时，底盘旋转点为第一桥的与地面接触的点。

4.2.3 保温房的设计

保温房可设计为钢结构房，墙体与房顶的材质为金属板，由角铁，钢带，螺母等牢固地固定在板房的龙骨上，保温板与房顶结构要求做到既牢固可靠，又便于拆装。为保证工作人员能方便地对设备进行维护与检修，保温房应在需要检修的地方，设计几处检修的门，（见图1），板房房体外部安装耳板，用来安装伸缩式骨架过梁。

4.2.4 皮带轮护罩的设计

所有旋转部件必须配备保护罩。保护罩应便于观察带轮及皮带情况，皮带传动系统的保护罩应当符合俄罗斯“石油天然气工业安全规程”的要求（即大小皮带轮周围用实心金属板，大皮带轮与小皮带轮之间用铁丝网做护罩）。皮带罩与带轮之间应有足够的间隙，以保证在张紧皮带后，带轮与皮带在工作时与皮带罩之间不产生干涉。

4.2.5 气路系统的设计

气路系统工作原理：柴油机通过皮带驱动空压机工作，空压机工作产生的压缩空气经单向阀、储气罐、干燥器和阀门，气体分两路经电磁阀（常开型）和气控箱，当气体流经气控箱及其管路时，气流将两用继气器（常闭型）中的阀门打开，气体由两用继气器右端进入左端，经过导气龙头进入气胎离合器，从而驱动泥浆泵工作。过压保护装置与远程控制装置通过传感器与泥浆泵连接，当压力超过设定压力或和上开关时，电磁阀得电关闭气路，泥浆泵停止工作，气路中的多余气体从电磁阀上安装的消音器中放出。

5 设备安装

将柴油机、泥浆泵、传动装置、灌注泵等置于各自相应位置，通过万向轴将柴油机和直角减速机联接，通过V型带将大、小皮带轮联接，通过顶紧机构将V型带张紧，并使得大小皮带轮端面在同一平面内，然后用压板将泥浆泵、传动装置紧固于底盘上，再安装灌注泵，并联接好排出管。

将空压机、储气罐、油箱等安装于各自相应位置，安装控制箱后，将各油、气、电路联接好，整套设备安装完成。

6 设备使用

设备使用前应仔细检查各油、气、电路连接是否正确，各紧固件是否紧固，是否已按规定加好油，电源是否正常，各仪表显示是否正常，油箱内是否已加满油，确认无误后，将泥浆泵吸入、排出管路上的阀门全部开启。

发动柴油机，待柴油机正常工作后，通过气路阀分次向气胎离合器送气，使泵缓慢启动。泵运转正常后，调节泥浆泵排出管路上的阀，将泵压调节至所需压力，机组即可进行正常作业。通过调节柴油机转速或更换不同内径的缸套，可对泵的排量进行调节。

机组工作时，若有异常响声或异常震动，应立刻停机，找出原因，排除后方可重新启动工作。

7 结束语

这种车载机组占用空间小，方便搬运。底盘上的保温房室和加热及控制系统，使得设备能够在严寒的地方工作;片式保温房设计的门窗，使得设备能及时散掉发出的热量，排出管路近距离平行布置，不单节省了空间，并能使泥浆罐的布置安排更容易。

参考文献：

[1]带传动和链传动.机械设计手册（新版 第14篇）[S].机械工业出版社.