關于F系列泥漿泵對中系統的測量及調整方法研究

摘要：針對三缸單作用活塞式泥漿泵在實際生產和使用中出現的由于十字頭、中間拉桿的對中不良引起的設備故障。本文對在實際工作中，對十字頭、中心拉桿同心度的測量方法，和十字頭與上導板之間間隙的測量及調整方法進行探討，以尋求最佳的泥漿泵對中系統測量及調整方法。

關鍵詞： 泥漿泵 同心度 測量 調整

Abstract：Pointing at the equipment failure when the three cylinder reciprocating mud pump running at actual production， because of the misadventure centering of crosshead and intermediate draw bar， what is investigated in this paper is the method that how to measure the condentricity of crosshead and intermediate draw bar， how to measure the space of the crosshead and guide plate， and how to adjust them. Also we want to find out the best method of them.

Key word：Mud pump；Condentricity； Measure；Adjust；

1、引言

F系列三缸單作用泥漿泵，通過電機帶動鏈條，傳動曲拐，使、連桿做非勻速圓周運動、，在導板和十字頭的約束下，將圓周運動轉換成非勻速直線運動，活塞桿和十字頭末端的中心拉桿相連，從而實現活塞的往復運動，實現抽、排液體。分析泥漿泵的運動特性，泵的沖程運動原理，找出需要對中的相關零件如活塞桿和缸套的對中；導板與十字頭、中間拉桿的對中，并在實際工作中對泥漿泵的對中系統進行定期測量和調整對泥漿泵保持良好的工況起到了重要的作用。

2、泥漿泵動力端對中不良所引起的故障現象：密封失效

廣義上的泥漿泵密封失效可以從兩個方面來闡述，即活塞密封面與缸套內表面的密封和中心拉桿填料函密封。十字頭與中間拉桿之間為銷孔配合的法蘭螺栓連接。這種剛性連接方法，保證了中間拉桿與十字頭的同心度。中間拉桿與活塞桿間采用卡箍連接，重量輕的卡箍使中間拉桿與活塞桿間的連接方便可靠。

活塞由活塞桿帶動在缸套內做變速往復運動，活塞桿運動軌跡與缸套橫切面中心點未達到一定的重合度，致使活塞密封面在圓周方向上與缸套內密封面的密封程度不同，引起活塞與缸套的偏磨，使活塞與缸套磨損加劇，特別是在高壓大負荷工況下，磨損更快，振動更大，使泵的高壓無法保持，影響正常鉆井，嚴重影響鉆井周期。

F系列泥漿泵中心拉桿的密封采用的是雙層唇形密封，如圖1所示，由于同心度不滿足要求，致使密封不良。在中心拉桿的往復運動中，對將大量的缸套冷卻水帶入至動 圖1 中心拉桿填料函密封形式力端潤滑油沉淀池內，如未能及時放掉沉淀池內的冷卻水，將會對油池內的潤滑油造成污染（乳化），從而影響整個動力端的潤滑效果，甚至造成導板、十字頭、軸承等重要部件的損壞。其次，噴淋到中心拉桿上的潤滑油也會隨著中心欄桿的往復運動被帶到冷卻水回流槽內，最冷卻水造成污染，影響到缸套的冷卻效果。

從結構上來講，造成泥漿泵對中系統超差的主要原因是導板間隙的調整不擋。如果十字頭與導板間隙過小，在泵的運轉過程中，潤滑油無法在導板與十字頭表面之間建立充分的潤滑，使導板出現局部發熱，從而降低十字頭與導板的壽命。同樣如十字頭與導板的間隙過大，在十字頭運動到后死點換向瞬間（正轉），下導板突然受到更大的沖擊力，使整個泥漿泵運轉中的振動感加劇，而且還會由于沖擊的存在破壞十字頭與導板之間已經形成的潤滑膜，從而造成摩擦表面直接接觸，而形成干摩擦或半干摩擦，當摩擦副所承受的壓力負荷超過相對較軟的導板材料一定硬度值時，相對較硬的十字頭表面的微凸體將嵌入導板表面，相對運動時將導致導板急劇拉傷。

其次，中心拉桿與活塞桿之間的連接形式為金屬卡箍連接，而十字頭與活塞拉桿運動軌跡相對固定，如對中性不佳，金屬卡箍必然就成為了一個薄弱點，受交變應力的影響，中心拉桿的前端突起部分很容易斷裂。

3、測量方法

包括十字頭、中心拉桿的同心度測量和十字頭、導板間隙的測量兩個方面。

3.1十字頭、中心拉桿的同心度測量

正根據現場工作經驗及《F-1300/1600鉆井泵使用說明書》，十字頭、中心拉桿同心度的測量常用的兩種方法。

3.1.1 測量方法一：

將缸套、活塞及卡箍等從液力端拆除，保持中心拉桿與十字頭的連接狀態。

將填料盒從擋泥盤上取下，但不要把擋泥盤取下。

將十字頭置于其行程最前端，使用內徑千分尺，在上、下、左、右仔細測量中間拉桿與擋泥盤孔之間的距離，并通過分別比較上下、左右兩個數據，確定中心拉桿相對于孔中心線的位置。

通過盤泵將十字頭置于行程最后端，在同一部位測量與在最前端測得之數據進行比較以確定十字頭是否在水平線上運行。

根據寶雞匯海石油機械有限公司的裝配制造工藝過程卡，“盤動曲軸，在十字頭運動的前、后兩個死點位置復查其對機架前墻板孔的同心度應符合在垂直方向±0.25mm、在水平方向±0.38mm的要求，否則查找原因排除。

3.1.2 測量方法二：

將缸套、活塞及卡箍等從液力端拆除，同時將擋泥板從機架上拆除，并將中心拉桿從十字頭上拆除。

如圖2 F1600泥漿泵液缸示意圖所示，將缸蓋堵頭等均拆除，保持液缸在中心拉桿方向上無障礙，以方便工裝的使用。

在十字頭上安裝測量專用的工裝。注：該工裝為一根長度合適的金屬棒，選用鈦合金材料，具有記憶性，變形小、重量輕、剛性強的特點。一端為與中心拉桿與十字頭的安裝法蘭相同的法蘭，可直接與十字頭安裝，并保證工裝相對于十字頭的同軸性。另外一端包含一個可在金屬棒上轉動和滑動的金屬環，作為百分表表座。該金屬環與金屬棒的配合間隙很小，其間隙量相對于同心度所要求的數據可以忽略。

將十字頭置于其行程最前端，調整金屬環的位置，使百分表表針打到液缸內堂上，旋轉金屬環記錄上下左右四個點的數據。

通過盤泵將十字頭置于行程最后端，調整金屬環的位置，使百分表表針打到液缸內堂上，旋轉金屬環記錄上下左右四個點的數據，與在最前端測得之數據進行比較以確定十字頭是否在水平線上運行。

3.1.3方法比較

比較兩種方法，方法一以泥漿泵機架為基礎進行測量，并且基本沒有用到其他工裝輔助；而方法二，是以液力端的液缸為基礎進行測量，相比機架來說，液缸內堂收長期泥漿腐蝕的影響，其表面狀況勢必無法保證百分表讀書的準確性，而且液缸在長期的高低壓泥漿作用影響下，一般來說經過6-8年的時間，液缸本體都會出現些許的形變，對中心度的測量的準確性都會造成一定的影響；其次，方法二需要利用長軸工裝作為工具，其材料隨選擇了具有記憶性，變形小等特點的鈦合金，但經過長時間的使用，加之工裝存放、運輸等過程中異常受力等因素的影響，更加無法保證測量數據的可靠性，工裝需要定期進行校正方可。

3.2 十字頭、導板間隙的測量

目前鉆井平臺上十字頭導板間隙的測量方法主要有三種：

Ⅰ、直接用長塞尺從側面沿曲軸的軸向塞進上導板與十字頭間隙，測量前、中、后三個點。

Ⅱ、用短塞尺分別測量前、中、后，各三個點，共九個點。

Ⅲ、用短塞尺采用橫刮得方式測前、中、后三個數據。

相比而言，Ⅰ、Ⅲ兩種方法較為類似，可以認為是一種方法。然而從實際工作出發，不可能每次進行定期檢查都將泥漿泵兩側的十字頭拖出進行測量，所以，不可能將每個導板的間隙點都測量到。從操作性上來說，方法Ⅰ更為方便，即使是對于處于中間位置的2#缸也可以通過盤泵調整1#、3#缸十字頭的位置測量出其上導板與十字頭的間隙；從理論上來講，方法Ⅱ所反映出來的間隙值更為準確。

4、調整方法

排除泥漿泵機架包括機殼曲軸孔與滑道孔不垂直、連桿大端與小端的兩孔不平行等結構本身加工方面的因素，對中心拉桿同心度的調整唯一的方面便是通過對上下導板與機體之間所加墊片的厚度來調整。可通過在下導板處加墊片來調整同心度，可通過在上導板處加墊片來調整間隙，對F-1300/1600泵而言，機架導板孔設計尺寸為Ф521.06mm，而下導板外徑尺寸為Ф520.7mm，其配合間隙為0.45mm-0.712mm，其下導板中心下沉0.225mm-0.356mm。據此我們在組裝下導板前預鋪0.15mm鋼帶，再調整導板、十字頭同心度，盡量使十字頭中心與機架中心接近，這樣才可能將十字頭調整到真正意義上的同心。

在進行調整時，需要注意如下幾點：

第一：所選用墊片不能用紫銅或者黃銅片，最好選用專門用來調整間隙的鋼墊。

第二：所選缸墊應剪得足夠長，能完全橫穿過導板，只有經過測量發現同心度在左右方向上需要調整時才對用短墊片進行調整。

第三：同心度的調整是一個比較繁瑣的過程，需要反復的拉出、裝入十字頭，在這個過程中，需要注意對十字頭表面及導板面的保護，避免出現意外的劃傷或者在二者中間夾雜如硬的顆粒狀物品，在運轉時對導板和十字頭造成損壞。

第四：因為連桿角度的原因，下導板負荷很重，下導板后部受力很大，磨損也比較嚴重，在調整間隙的時候允許將導板墊的斜一點。

第五：每次更換墊片厚度都要重復對同軸度及導板間隙的測量工作，所以每次都要嚴格按照說明書中規定的扭矩值扭緊上下導板固定螺栓，避免由于導板受力不均出現形變。