RS-QF800轻型钻井泵设计.pdf

石 油 机 械 2010年 第38卷 第9期 CHINAPETR0LEUM MACHINERY 一 27 一 设计计算 RS—QFSO0轻型钻井泵的设计 胡俊成 黄新杰 孟庆荣 戴静君 周东亮 李乃峰 (1．河北华北石油荣盛机械制造有限公司 2．北京石油化工学院机械工程系) 摘要 F一800型钻井泵部件及整机质量较大，不能满足直升飞机 吊运和海上采油平台吊机 起 吊要求。鉴于此，设计 了RS—QF800轻型钻井泵。通过对不同系列钻井泵机架结构的对 比分 析，并参阅钻井泵机架有限元资料，对F一800钻井泵机架进行减重设计，并将铸造 曲轴改为锻件 组装 曲轴。对机架和 曲轴进行有限元分析的结果表明，RS—QF800泵的机架应力分布更合理，曲 轴应力远小于材料的许用应力。台架试验表明，RS—QF800泵各项性能合格；RS—QF800泵既减 轻了质量，又保证其性能参数与F一800泵相 同，且工作更加平稳，达到了预期 目的。 关键词 轻型钻井泵 机架 曲轴 有限元分析 台架试验 F一800型泵具有优越、稳定、可靠的工作性 泵机架的结构进行对比分析，并参阅有关钻井泵机 能，因此在国内外石油领域的中、浅井钻井和修井 架有限元分析资料，认为 F一800泵机架存在 以下 作业中得到了广泛应用 。但 由于该泵整机质量较 不足：①为了安装、更换动力端零件及液力端缸 大，搬运不方便，限制了它在一些特殊环境下的使 套、活塞等，在机架靠近液力端部前顶板上开有 1 用。如 目前在南美等丛林钻井需要用直升飞机对钻 126mmx508mm的矩形孔，则机架侧板与前端板 机进行 吊装搬运 ，由于通用直升飞机要求钻机的起 (阀箱连接板)组成敞口箱体结构，致使机架前部 吊模块≤2．7t，所以对泵的总成件和单件都有质 强度、刚度减弱，在顶板矩形孔边缘和中间筋板处 量限制。又如在海洋油 田修井作业 中，由于采油平 的应力较大。② 由于主轴承座的上下座结合面在圆 台吊机的最大起 吊质量为 12t，所 以对泵的质量也 的 处，主轴承下座与机架侧板焊缝长度相对较 有限制。而 F一800泵在拆去空气包、五通、安全 短，致使机架主轴承座与侧板连接处应力幅值较 阀接管及底座后的质量仍为 12．8t，机架总成在拆 大。③机架的组成不尽合理，应力、变形分布不均 去后罩、轴承上座后质量约为 3．1t，故F一800泵 匀，泵体 中部、后部的侧板和 内部横板强度过剩， 整机或零部件质量均超过钻井平 台吊机或直升飞机 大部分板强度、刚度储备过多，致使整机过重…。 的起 吊能力。鉴于此，需要设计轻型 F一800泵， 根据以上分析和泵整机结构设计的需要，设计 即RS—QF800轻型钻井泵。 了轻型钻井泵机架 (见图1)，并做了如下改进。 F一800泵机架总成 3．25t，曲轴总成 3．84t． (1)适当减薄机架左、右侧板钢板厚度 ，同 仅铸造曲轴质量就达 1．58t，液力端总成3．44t。考 时为了不降低左、右侧板的强度 ，在左、右侧板内 虑到液力端总成涉及缸套、活塞和阀等易损件与原 壁的十字头孔盖等处增加加强筋。为了减轻质量， F一800泵的互换性，对液力端的大部分零件不宜进 在左、右侧板应力较小处开矩形孔。 行减重设计。另外，为了保证泵的轴承、密封圈等 (2)将机架前顶板上的矩形孔改为 3个小矩 标准件的互换性，涉及此类件的动力端零部件也不 形孔，以提高机架顶板与前端板及筋板组成的框架 宜改变。因此，RS—QF800轻型泵设计的关键就是 结构的强