1176kW五缸鉆井泵空氣包的研究.pdf

1、鉆井泵，是組成鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)的重要部分，又稱(chēng)泥漿泵。對(duì)于曲柄連桿式鉆井泵，其壓力脈動(dòng)是引起鉆井泵事故的主要原因之一，大約40％的事故來(lái)源于泥漿泵。降低壓力脈動(dòng)，一方面有利于減少鉆井事故，另一方面也可以明顯提高泵的性能。目前，普遍通過(guò)在距泵排出閥箱最近處設(shè)置排出空氣包，來(lái)減小鉆井泵排出壓力脈動(dòng)幅度。
　　空氣包是組成鉆井泵液力系統(tǒng)的重要部分。其內(nèi)部體積隨氣體壓力變化而增大或減小，利用這種特性，空氣包可以?xún)?chǔ)存（或釋放）超過(guò)（或低于）平均

2、流量多的那部分液體，因而可以減小壓力脈動(dòng)幅度，維持著鉆井泵管線(xiàn)中的液體近似地均勻流動(dòng)。
　　本文主要圍繞大排量、高工作壓力的1176kW五缸鉆井泵的空氣包總成，逐步展開(kāi)分析與研究，比較系統(tǒng)的介紹與總結(jié)了1176kW五缸鉆井泵空氣包的相關(guān)理論與設(shè)計(jì)方法。文章首先論述了鉆機(jī)鉆井泵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，闡明了此課題實(shí)施的必要性。其次，在鉆井泵運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上，研究了五缸鉆井泵的水力特性。推導(dǎo)得出了五缸泵的瞬時(shí)流量表達(dá)式，并基于Matla

3、b軟件，繪制了其瞬時(shí)流量曲線(xiàn);對(duì)引起流量脈動(dòng)的一些主要因素進(jìn)行了分析。第三，針對(duì)空氣包管路系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。建立了排出空氣包管路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型;分析得到了排出空氣包后管路系統(tǒng)的流量動(dòng)態(tài)方程，以及空氣包體積和壓力隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)方程，并結(jié)合實(shí)例做了分析研究。第四，提出了一種空氣包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)便方法，并在給定基本設(shè)計(jì)參數(shù)條件下，利用此設(shè)計(jì)方法，計(jì)算確定了1176kW五缸鉆井泵排出空氣包（球型）的容積及內(nèi)徑。進(jìn)一步，計(jì)算得到了空氣

4、包總成其它零件的結(jié)構(gòu)尺寸，基于Pro/E軟件，建立了空氣包總成及所有零部件的三維模型。最后，有別于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，作者將有限元方法引入到空氣包設(shè)計(jì)中，將Pro/E的建模功能和有限元軟件Ansys分析功能結(jié)合起來(lái)，利用Pro/E軟件完成建模，并運(yùn)用有限元分析軟件Ansys對(duì)其進(jìn)行有限元分析，根據(jù)ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行校核。結(jié)果表明，完全符合設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。另外，作者針對(duì)所設(shè)計(jì)的空氣包進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和模態(tài)分析。本課題對(duì)于減小系統(tǒng)振動(dòng)，降