新型车载泵机组的优化设计分析与研究

王金华,刘爱平

（1.山东荣利中石油机械有限公司; 2.山东中烟工业有限责任公司青州卷烟厂,山东 潍坊 262500）

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″-J121/2-55KW

（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，是否已按规定加好润滑油，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。

[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.