Question

石油钻井用泥浆泵的输出功率怎么计算?

我是作柴油机工作的，想知道在一定的泵压、流量等条件下泥浆泵的输出功率的计算公式是什么？
谢谢各位老师！
我想知道的是通过泵压、流量、活塞直径、活塞冲程等计算泥浆泵输出功率的方法。

Answer 1

泥浆泵概念（山东青能动力股份有限公司）
　　钻探过程中﹐向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探设备的重要组成部分。在常用的正循环钻探中﹐它是将地表冲洗介质──清水﹑泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下﹐经过高压软管﹑水龙头及钻杆柱中心孔直送钻头的底端﹐以达到冷却钻头﹑将切削下来的岩屑清除并输送到地表的目的。常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的﹐由动力机带动泵的曲轴回转﹐曲轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往复运动。在吸入和排出阀的交替作用下﹐实现压送与循环冲洗液的目的。
[编辑本段]泥浆泵分类
　　泥浆泵分单作用及双作用两种型式﹐单作用式在活塞往复运动的一个循环中仅完成一次吸排水动作。而双作用式每往复一次完成两次吸排水动作。若按泵的缸数分类﹐有单缸﹑双缸及三缸3种型式。
[编辑本段]泥浆泵性能
　　泥浆泵性能的两个主要参数为排量和压力。排量以每分钟排出若干升计算﹐它与钻孔直径及所要求的冲洗液自孔底上返速度有关﹐即孔径越大﹐所需排量越大。要求冲洗液的上返速度能够把钻头切削下来的岩屑﹑岩粉及时冲离孔底﹐并可靠地携带到地表。地质岩心钻探时﹐一般上返速度在0.4～1.0米/分左右。泵的压力大小取决于钻孔的深浅﹐冲洗液所经过的通道的阻力以及所输送冲洗液的性质等。钻孔越深﹐管路阻力越大﹐需要的压力越高。随著钻孔直径﹑深度的变化﹐要求泵的排量也能随时加以调节。在泵的机构中设有变速箱或以液压马达调节其速度﹐以达到改变排量的目的。为了准确掌握泵的压力和排量的变化﹐泥浆泵上要安装流量计和压力表﹐随时使钻探人员了解泵的运\转情况﹐同时通过压力变化判别孔内状况是否正常以预防发生孔内事故。
　　叶轮的水利设计
　　叶轮出口宽度b2
　　叶轮宽度是对泥浆泵最主要的参数之一。是泥浆泵效率,通过性,抗磨性,汽蚀性综合考虑的结果，反循环钻机钻进时，其泥浆中掺杂大量页岩或泥沙，有时还会有大的石块，从效率考虑,泥浆泵较大叶片排挤和尺寸效应必然要求较大的叶片宽度才能保证良好的过流通道面积,以达到高效.从抗磨性考虑,较大的宽度有利于减小流速,减小叶轮外径,从而减小磨损,从通过性考虑,叶片宽度越大,通过性越好,为保证大颗粒的通过性,至少应大于要求通过最大颗粒的尺寸.从汽蚀性考虑,泥浆泵进口较大叶片排挤恶化了汽蚀性能.从输送性考虑,进口尺寸过大导致颗粒沉降,因此叶片宽度也应当限制而不宜过大.综合考虑,叶片出口宽度：
　　式中,kb2=(1.6~2.0)(n/100)5/6
　　叶轮进口直径D0
　　叶轮进口直径按进口处相对速度最小,因而水力损失最小的原则来确定。
　　式中, k0 为系数,一般取4.0; 若要考虑泵效率则取K1 = 4. 1～4. 5 。
　　Q为流量, m3/h;
　　n为转速,r/min.
　　叶轮出口直径D1
　　叶轮出口直径D1 的大小不但直接影响到泵的扬程,而且对泵的效率也会有很大的影响,因为压水室的水力损失直接与叶轮出口的绝对速度有关。为了减小压水室的水力损失,D2 应在满足设计参数的条件下使叶轮出口绝对速度最小,并以此来确定叶轮的出口直径。
　　根据经验,当 = 218～312 时,效率最佳,但同时也会造成一个不可忽视的问题,泵的结构也许会因此而过于庞大,修理困难,因此一般不采用。在设计过程中,经常取 = 2125～218 ,这时泵的效率和汽蚀性能都比较优良。
　　叶片进出口安放角β1，β2
　　叶片出口安放角β2要取稍大一些，较大的β2可以减小摩擦损失，泥浆中页岩浓度高，β2按250~300之间选取。
　　叶片进口安放角β1可通过计算求得：
　　3.4叶轮直径D2
　　当保证一定的效率而重点考虑抗磨性要求时取小值。当保证一定抗磨性要求而侧重效率时取大值。
　　叶片线形，叶片数，叶片包角的 选取
　　以往叶片线形均为单圆弧或双圆弧，这种线形叶片容易手工焊接制作，由于材料原因，其使用寿命短，抗磨性差，目前国际上有关性能优良的泥浆泵的流线线形，主要采用渐开线及对数螺旋线。根据钻机泥浆泵使用情况，泥浆泵叶片数，叶片包角值不能过大，也不能过小。在通常情况下,叶片数一般取3～5 片,但从以往的实际经验来看,设计良好的3 叶片叶轮,其效率不低于5 叶片叶轮。因此为了改变杂质泵的通过性能,应尽量选取。
　　叶片数N为3 片,叶片出口安放角β2 = 22°，叶片包角为110o~130o.这是目前反循环钻机常选用的参数。
　　泵叶轮制造工艺及材料防护
　　叶轮作为泥浆泵的最主要过流部件，制造工艺十分重要。但渐开线线形的叶片不容易整铸，一是叶片形线不易保证，二是叶片表面质量不易保证。所以采用组铸结构。
　　泵壳采用整铸结构，形线和铸造质量都能有保证，为了能降低购买成本，大多数厂家和钻主都选用自制的泵壳，这也未尝不可。但要很好的保证结构工艺性能。
　　泥浆泵连续工作的实际输出功率的确定
　　可按公式 q= Q×λ×μ 确定
　　式中: q为泵的连续工作的实际输出功率，kW；
　　Q为柴油机的额定功率,kW;
　　λ为持续功率系数，取0. 9;
　　μ为功率修正系数，查表1。
　　Q远小于泥浆泵的轴功率，也就是说,由于环境工作条件的改变,柴油机一直都是处在超负荷的情况下工作的。由于柴油机长期超负荷运行,势必加快各运动部件的磨损,缩短保养周期,减少使用寿命,增加油耗,使柴油机高温零件产生热损坏的机会增多。为了限制柴油机长期超负荷运转,在实际使用中,都是采取降低泥浆泵转速的办法。
　　表1 功率修正系数
　　海拔 高度大气压力 环境温度/ ℃
　　/ m / (mmHg) 20 25 30 35 40 45
　　0 760 97 94 90 87
　　100 750 100 96 93 89 86
　　200 742 99 95 92 89 85
　　300 733 98 94 91 88 84
　　400 725 97 93 90 87 83
　　500 716 100 96 93 89 86 83
　　不计相对湿度(用于增压柴油机)
　　一、产品概述：
　　I-1B型浓浆泵是单螺杆式容积回转泵，I-1B型浓浆泵利用偏心单螺旋的螺杆在双螺旋衬套内的转动，使浓浆液沿螺旋槽由吸入口推移至排出口，实现泵的输送功能。
　　二、产品特点:
　　1、可输送高浓度高粘度＜10000PaS及含有颗粒的悬浮浆液。
　　2、输送液流稳定、无过流、脉动及搅拌、剪切浆液现象。
　　3、排出压力与转速无关 ，低流量也可保持高的排出压力。
　　4、流量与转速成正比，通过变速机构或调速电机可实现流量调节。
　　5、自吸能力强，不用装底阀可直接抽吸液体。
　　6、泵可逆转，液体流向由泵的旋转方向来改变，适用于管道需反正向冲洗的场合。
　　7、运转平稳、振动、噪声小。
　　8、结构简单、拆装维修方便。
　　I-1B型浓浆泵广泛就应用于化工、制药、酿造、造纸、食品等单位。
　　三、结构材质形式:
　　I-1BB型：壳体铸件，传动件（主轴、螺杆和绕轴）为不锈钢制造，适用于一般中性浓浆液输送，一般微酸、碱浆液输送。
　　I-1BF型：传动件和接触浆液的泵壳均由不锈钢制造，适用于食品、制药、及腐蚀性浆液的输送。
　　橡胶衬套有一般耐磨橡胶、食品用橡胶和耐油橡胶供用户选择。
　　传动方式有电机与泵轴直接传动，电机经减速机与泵直接传动和电机经三角皮带轮与泵轴传动式。
　　配用电动机有一般封闭式，防爆式和电磁调速式电机并配无级变速机，齿轮减速机供用户选购。
　　四、技术参数：
　　流量：1.5-38m3/h；
　　扬程：30-120m；
　　功率：1.1-15kw；
　　转速：960r/min；
　　温度：0-100℃；
　　口径：25-150mm。
　　五、注意事项：
　　泥浆泵的缸套、缸顶套、缸盖、拉杆、活塞、活塞压板、皮碗、活塞座、活塞杆、柱塞杆、进排水阀、进排水阀阀座、十字头、十字头滑套、十字头销轴、曲轴、连杆、连杆上下瓦、连杆铜套、连杆螺钉及母、冠型螺母、骨架油封、O型密封圈及相配套的齿轮、轴等容易出质量问题，在购买和使用中应当注意。