通过查阅泥浆泵的相关文献资料，分析对比国内外泥浆泵研究现状，并做出相关记录。考虑曲柄长度、连杆长度、偏心距、柱塞行程等参数进行优化设计，引入智能算法，对三缸泥浆泵曲轴系统进行多目标参数优化设计，最终实现大排量、轻量化、流量脉动低的设计目标。
泥浆泵的主要作用是在钻进过程中将地表冲洗介质、清水、泥浆或聚合物在一定压力下随钻头钻进注入井下,可以起到冷却钻头,清洗钻具、聚动钻机,并将打钻后的岩屑带回到地面的作用。该泵主要由动力端和液力端两部分组成。动力端的功能,是将主轴的旋转运动转变为活塞的直线往复运动。它包括变速减速装置、曲柄连杆和传动离合装置、液力端输送液体,将机械能转换为液体的压力能,通过活塞在缸套中形成液缸；容腔变化,完成能量转化,实现吸入和排出液体。动力端主要由机座、曲轴、小齿轮轴、十字头与中间拉杆组成。液压端由泵体、进排液压阀、缸套、活塞、活塞杆吸入阀和排出阀等组成
目前泥浆泵在野外工作,环境恶劣,其作业条件有所不同,工况复杂,因此在泥浆泵的设计开发过程中需要研究以下几个问题:
1.根据泥浆泵的结构,分析泥浆泵的工作原理,进行一种新型泥浆泵的整体结构设计,并对关键零部件进行校核,通过对泥浆泵的流量特性分析,得出泥浆泵排量不均匀的问题,进行了理论分析,利用空气包其内部气体体积的变化吞吐剩余液量来达到降低流量脉动的目的,但是实际计算过程中,剩余液量理论的缺陷是明显的,不是任何情况下,空气包都能完全吞吐剩余流量。
2.泥浆泵一般用于向井底输送钻井液,也是井底钻井工具的动力液。泥浆中岩屑较多,还会混入一些纤维状或片、粒状的堵井漏材料,流体还有一定的粘度。因此,泥浆泵在工作时,活塞作往复运动完成吸入和排出过程,容易将这些磨料带入阀箱的工作腔内和阀升程。泵阀是往复泵的重要组成部件,进行泵阀设计,由于加工精度不好控制,而且加工过程中容易重复定位,造成加工误差。此外,活塞、泵阀、阀座等易损件的寿命,还有泵的吸入条件也是限制泥浆泵改进提升的重要因素。
3.阀箱进行有限元分析时,还存在一些问题,虽然有限元分析可以自动划分网格单元,但是该如何选择单元、网格的密度多少才合适这些问题没有固定的标准,主要依靠生产实践经验。有限元分析得到的结果仅仅只是参考,作为辅助设计,完整的研究设计不能仅靠有限元分析,同时要进行其他的分析和实践,这样才可以做完整个工程设计。
基于上述问题,有必要针对泥浆泵的结构和性能参数进行优化改善,以达到降低噪声、增加泵的使用寿命的效果。本文通过对泵体的基本结构和主要参数进行分析研究和设计,对泥浆泵的流量特性分析,关键零部件的设计分析和实验研究,对新型泥浆泵的设计有指导意义,对提升我国泥浆泵设计制造水平、增强泵的使用寿命有重要的现实意义。
拟解决的问题方案
泥浆泵性能好坏直接影响到工程施工的质量,因此为了适应市场的需求和技术的发展,通过引进吸收国外先进技术,经过设计研究,改进工艺,提高性能,现研究开发卧式三缸往复式泥浆泵, 拟解决的问题方案如下：
1.分析泥浆泵的工作原理,对泥浆泵主要零部件结构设计,并进行校核。通过泥浆泵的流量特性分析,从降低泵的排量和压力波动、增强泵的可靠性出发,通过计算空气气囊体积的方法,对传统空代包进行改进,在固定位置增加空气包的数目。
2.研究了泵阀的结构特点和工作性能,分析了泵阀的阀座、阀球、密封圈的失效,进行设计计算、并进行泵阀强度校核,通过流量测试方式对泥浆泵进行性能测试实验,观察数据,结果显示改进后的泵阀流量稳定、噪音减少、阀座使用寿命提高。
3.泥浆泵停止工作后,内部积水排不出,久置不使用,泵头内腔容易生锈。在泵头上腔框设置一个锥螺纹放水口,在下腔框三个缸体靠近下缸台阶面各设置一个锥螺纹放水口,对螺栓的强度进行校核,总体强度符合要求,可以在泵头开锥螺纹放水口,根据生产实践需要,对泵阀阀箱进行有限元分析,分析阀箱的应力,研究阀箱在最大工作压力下的应用分布情况
