新型車載泵機組的優化設計分析與研究

王金華,劉愛平

（1.山東榮利中石油機械有限公司; 2.山東中煙工業有限責任公司青州卷煙廠,山東 濰坊 262500）

1 概述

新型車載機泵組，是石油礦場鉆井隊用于鉆井作業的專用設備，全套設備安裝于同一個拖掛車底盤上，搬運方便。

該機泵組在井場進行鉆井作業時，將車頭摘下，底盤大梁平面放置于地面上，由4個油缸支腳將機泵組支撐牢固，連接好管路后即可開始鉆井作業。鉆井完成后，通過前油缸支腳將前端支起，掛于車頭上，并將后油缸支腳收起，即可將機泵組搬運至新的作業地點。

該型機泵組根據作業工況，可單獨作業，也可兩套并聯作業。

機泵組除了裝有安全閥起過壓保護外，還裝有過壓自動停機裝置，以防止發生意外時，由于泵壓過大而損壞設備。

機泵組配備有遠程控制裝置，能夠從司鉆房操作臺上操作泥漿泵。

2 結構及組成

車載機組主要由以下部分組成：1.保溫房 2.底盤 3.牽引銷 4.空壓機 5.柴油機 6.球籠萬向軸7.油缸 8.直角減速機 9.氣胎離合器10.小帶輪 11.大帶輪 12.頂緊裝置 13.泥漿泵14.空氣包 15.排出管路16.灌注泵 17.儲氣罐 18.干燥器 19.控制柜 20.電動閘閥。

3 工作原理

由柴油機輸出的動力通過聯接法蘭、球籠式萬向軸、直角減速機、氣胎離合器、小帶輪、V型帶帶動泥漿泵主動軸上的大帶輪旋轉，從而驅動泥漿泵工作。

泥漿由泥漿罐進入灌注泵，由灌注泵將其輸送到泥漿泵吸入管，通過吸入閥進入閥腔，通過缸套、活塞對其加壓后，再通過排出閥輸入排出管、排出泵外高壓管路，參與鉆井作業。

4 機組主要部件的設計及制造要求

4.1 主要部件參數

（1）柴油機C27,功率597KW,轉速1800r/min

（2）F800泥漿泵,功率800馬力,減速4.207

（3）灌注泵SB6″-8″-J121/2-55KW

（4）直角減速機,錐齒輪傳動,減速比1.588

（5）500型雙氣胎離合器

（6）空壓機TUFLO-1000

（7）儲氣罐 600L

（8）排出管匯外徑121mm,壁厚18mm

（9）油箱 400L兩個

（10）額定沖次140沖/分

4.2 機組主要部件的設計及要求

4.2.1 大小皮帶輪的設計

由于聯組窄V帶和普通V帶比較,具有結構緊湊,壽命長,節能并適用于高速傳動,所以帶型選25J,規格為8V4L。帶輪應重量輕，質量均勻對稱，使用前應做動平衡實驗。小帶輪轉速V1=1800/1.588=1134r/min,大帶輪轉速V2=140x4.207=589r/min;由《機械設計手冊》第六版，表14.1-17n 25N,25J型窄V帶的額定功率(摘自GB/T13575.2-1992)知,小帶輪直徑可設d1=480mm，當V1=1100r/min, 有效直徑de1為475mm時,皮帶輪每槽能傳遞的功率為69.41KW,設計所需皮帶輪槽數為800÷1.34÷69.41=8.60,因皮帶為聯組窄V帶,每組4槽,所以設計槽數為12槽。大皮帶輪有效直徑de2=1800÷140÷1.588÷4.207×475=915,因此大帶輪直徑d2=920mm。

4.2.2 底盤的設計

底盤要求處于運輸狀態時，四橋上的輪胎均勻受力，設備總高不超過3.9米,總寬不超過3米,總長不超過17.5米,牽引銷離地高度為1.5米時掛上牽引車；工作時,脫掉牽引車, 大梁放平,底盤起到了一個大底座的作用。設計時，底盤旋轉點為第一橋的與地面接觸的點。

4.2.3 保溫房的設計

保溫房可設計為鋼結構房，墻體與房頂的材質為金屬板，由角鐵，鋼帶，螺母等牢固地固定在板房的龍骨上，保溫板與房頂結構要求做到既牢固可靠，又便于拆裝。為保證工作人員能方便地對設備進行維護與檢修，保溫房應在需要檢修的地方，設計幾處檢修的門，（見圖1），板房房體外部安裝耳板，用來安裝伸縮式骨架過梁。

4.2.4 皮帶輪護罩的設計所有旋轉部件必須配備保護罩。保護罩應便于觀察帶輪及皮帶情況，皮帶傳動系統的保護罩應當符合俄羅斯“石油天然氣工業安全規程”的要求（即大小皮帶輪周圍用實心金屬板，大皮帶輪與小皮帶輪之間用鐵絲網做護罩）。皮帶罩與帶輪之間應有足夠的間隙，以保證在張緊皮帶后，帶輪與皮帶在工作時與皮帶罩之間不產生干涉。

4.2.5 氣路系統的設計

氣路系統工作原理：柴油機通過皮帶驅動空壓機工作，空壓機工作產生的壓縮空氣經單向閥、儲氣罐、干燥器和閥門，氣體分兩路經電磁閥（常開型）和氣控箱，當氣體流經氣控箱及其管路時，氣流將兩用繼氣器（常閉型）中的閥門打開，氣體由兩用繼氣器右端進入左端，經過導氣龍頭進入氣胎離合器，從而驅動泥漿泵工作。過壓保護裝置與遠程控制裝置通過傳感器與泥漿泵連接，當壓力超過設定壓力或和上開關時，電磁閥得電關閉氣路，泥漿泵停止工作，氣路中的多余氣體從電磁閥上安裝的消音器中放出。

5 設備安裝

將柴油機、泥漿泵、傳動裝置、灌注泵等置于各自相應位置，通過萬向軸將柴油機和直角減速機聯接，通過V型帶將大、小皮帶輪聯接，通過頂緊機構將V型帶張緊，并使得大小皮帶輪端面在同一平面內，然后用壓板將泥漿泵、傳動裝置緊固于底盤上，再安裝灌注泵，并聯接好排出管。

將空壓機、儲氣罐、油箱等安裝于各自相應位置，安裝控制箱后，將各油、氣、電路聯接好，整套設備安裝完成。

6 設備使用

設備使用前應仔細檢查各油、氣、電路連接是否正確，各緊固件是否緊固，是否已按規定加好潤滑油，電源是否正常，各儀表顯示是否正常，油箱內是否已加滿油，確認無誤后，將泥漿泵吸入、排出管路上的閥門全部開啟。

發動柴油機，待柴油機正常工作后，通過氣路閥分次向氣胎離合器送氣，使泵緩慢啟動。泵運轉正常后，調節泥漿泵排出管路上的閥，將泵壓調節至所需壓力，機組即可進行正常作業。通過調節柴油機轉速或更換不同內徑的缸套，可對泵的排量進行調節。

機組工作時，若有異常響聲或異常震動，應立刻停機，找出原因，排除后方可重新啟動工作。

7 結束語

這種車載機組占用空間小，方便搬運。底盤上的保溫房室和加熱及控制系統，使得設備能夠在嚴寒的地方工作；片式保溫房設計的門窗，使得設備能及時散掉發出的熱量，排出管路近距離平行布置，不單節省了空間,并能使泥漿罐的布置安排更容易。

[1]帶傳動和鏈傳動.機械設計手冊（新版 第14篇）[S].機械工業出版社.