BW-150泥浆泵排量不均匀度和关键零件寿命研究

摘要

在现代钻井作业中，泥浆泵俗有钻机“心脏”之称。而泵阀、活塞等零件容易损坏，维护成本高，影响泥浆泵寿命，亟待解决。本文以铜陵有色公司使用的BW-150泥浆泵为研究对象，针对排量波动、易损件寿命短等问题，开展了泥浆泵排量不均匀度分析和关键零部件结构改进，为提高泥浆泵的使用寿命和性能提供参考。主要包括以下内容:
　　(1)对BW-150泥浆泵进行实物测绘，建立泵体3D模型图。分析曲柄连杆机构、活塞等运动特性;推导了泥浆泵的瞬时排量、平均排量计算公式;根据BW-150泥浆泵结构尺寸、技术参数分析产生排量和压力波动的原因;在Pro/E下完成泵的动力仿真，验证计算结果的正确性。从降低泵的排量和压力波动、提高易损件寿命角度出发，提出采用对不同λ值的泥浆泵分类计算空气包气囊体积的方法，确定BW-150泥浆泵的气囊体积。
　　(2)研究了泥浆泵活塞的主要失效形式，建立了活塞的受力分析模型，对活塞皮碗在多种工作状态下的应力应变情况进行有限元分析，研究发现皮碗的根部与端部应力值最大，易出现裂纹等。采用分析结果改进活塞结构，并通过实验验证，发现改进后的活塞皮碗寿命由13.56h提高至32.88h。
　　(3)研究了泵阀的工作性能，分析了泵阀的主要失效形式，并提出了提升泵阀结构改进措施。对泵阀阀箱在最大工作压力(7MPa)下的应力分布情况进行有限元分析，结果表明最大应力出现在泵阀安装孔腔附近，造成沿Y方向应变量约为0.37×10-5。阀箱总体强度符合要求，并可适当减小壁厚。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 泥浆泵的作用和工作特点

1．1．1 泥浆泵的作用

1．1．1 泥浆泵的工作特点

1．2 泥浆泵的发展现状和趋势

1．3 研究意义

1．4 本课题的研究内容

2 BW-150泥浆泵结构设计与排量分析

2．1 BW-150泥浆泵的技术参数

2．2 BW-150泥浆泵的工作原理与运动分析

2．3 BW-150泥浆泵的三维实体造型设计

2．3．1 泥浆泵总体三维造型设计

2．3．2 泥浆泵关键组件的三维造型设计

2．4 BW-150泥浆泵的排量分析与控制

2．4．1 泥浆泵的理论排量计算方法

2．4．2 泥浆泵的排量不均匀度分析

2．4．3 排量不均匀度的控制方法

2．5 本章小结

3 活塞皮碗的寿命分析与结构改进

3．1 活塞的结构形式

3．2 影响活塞寿命的因素

3．3 活塞的失效形式

3．4 活塞皮碗的受力分析

3．5 活塞皮碗的材料特性

3．6 活塞皮碗的应力应变分析

3．6．1 假设与简化

3．6．2 活塞皮碗模型建立

3．6．3 结果分析

3．7 活塞皮碗的结构改进

3．8 活塞皮碗的寿命实验

3．9 本章小结

4 泵阀与阀箱的工作性能研究

4．1 泵阀的结构形式

4．2 泵阀的工作原理分析

4．3 泵阀的失效形式分析

4．4 提升泵阀工作性能的措施

4．5 阀箱的应力应变分析

4．6 本章小结

5 总结和展望

5．1 全文总结

5．2 未来展望

参考文献

企业证明

攻读硕士学位期间主要的学术成果

致谢