专利名称：一种新型除砂泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种石油钻井液抽送装置，特别是涉及一种用于抽送石油钻井液的除砂泵。
背景技术：
现有技术中，泵的早期磨损问题，主要由两方面造成:首先是泵的设计中，对泵所抽送的介质认识不足，实际上我们任何一种介质都不可能是纯粹的单一液态物质组成，特别是本方案涉及的领域，其介质都是固液双态存在，而固态和液态的运行轨迹是不一样的，这样就造成对泵壁的碰撞加剧，这样就加快了泵的磨损。其次，是泵的材质问题，对耐磨性考虑不到位，也就是说原泵的材质不耐磨。密封的早期磨损主要由于密封弹簧的力度不合理和密封副的材质选用不当而造成。泵的效率低、能耗高主要是泵的设计理论选用不合理，造成介质在运行过程中相互间的碰撞增加，降低了能量的转换，而使泵的效率降低，能耗增力口。现有的设备所抽送的介质比重为不大于1.4，并且介质对叶轮和泵盖的磨损很厉害，致使泵的寿命比较短。综上可以看出，现有除砂泵在使用过程中主要存在以下问题:早期磨损；由于以前的在设计和制造过程中对泵的耐磨性认识不到位，而没有去考虑泵的过流部件的磨损；泵的密封早期损坏，由于过去使用的密封各式各样，却都没有考虑所输送介质的特殊性而使密封早期磨损；泵的效率低，能耗高。
发明内容
本发明的目的是解决现有除砂泵易磨损，效率低且能耗高的问题，提供一种新型除砂泵，该除砂泵通过改进叶轮和泵盖的材料配方以及叶轮的叶片型线，增加了泵盖的耐磨性能和从叶 轮出来的介质对泵的冲刷，增加了泵的使用寿命。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种新型除砂泵，其特征在于包括泵体、泵盖、叶轮、泵轴和托架，其中泵盖和泵体一起连接在托架上且在泵盖和泵体中间形成压水室，泵轴连接在托架上，泵轴的后端连接动力装置，前端穿过泵盖进入到压水室，叶轮置于压水室内且连接在泵轴的前端随泵轴同步旋转。在上述方案中，所述泵轴和泵盖之间设置有密封副，所述密封副由一整块的硬质合金材料制作而成。
在上述方案中，叶轮包括与泵轴连接的中轴和连接在中轴外圆上的叶片，所述叶片的形状是根据两相流介质的流线形状而设计。在上述方案中，所述叶轮的制作材料中，包含占叶轮总重量为下列重量百分含量的元素成分:c:2.4 3% ；Si:1.5 2% ；Mn ( 2% ；P ( 0.1% ；S ( 0.06% ；Mo ( 1.5% ；Cr:7 11% ；Cu ( 1.2% ；Ni ( 1%。在上述方案中，所述泵盖的制作材料中，包含占泵盖总重量为下列重量百分含量的元素成分:C:2.4 3% ；Si:1.5 2% ；Mn ( 2% ；P ( 0.1% ；S ( 0.06% ；Mo ( 1.5% ；Cr:7 11% ；Cu ( 1.2% ；Ni ( 1%。
从上述本发明的各项技术特征可以看出，其优点是:该除砂泵通过改进叶轮和泵盖的材料配方以及叶轮的叶片型线，增加了泵盖的耐磨性能和从叶轮出来的介质对泵的冲刷，增加了泵的使用寿命；改进后的材料的硬度大幅增加，这样就增加了零件的耐磨性；经测试，本发明的材料性能与现有的材·料性能比较，其HRC ^ 55，HBff ^ 600，远远优于现有除砂泵的材料性能；在流道的形状和叶片形状上充分考虑减少颗粒对流道壁面和叶片的冲击，以达到减少对泵盖的磨损的要求；采用两相流理论对泵的叶片进行优化设计，改进所抽送介质的运行轨迹，减少介质对泵壁的碰撞和磨损；也就是说，本发明的设计，有效地解决了现有技术除砂泵易磨损，效率低和能耗高的问题。
图1是本发明的结构示意 图2是本发明泵盖结构示意 图3是本发明叶轮结构示意 图4是本图3的侧视不意 图5为本发明所用密封副；
其中附图标记I是泵体2是泵盖 3是叶轮
4是泵轴 5是托架 6是压水室 7是密封副 8是中轴 9是叶片。
具体实施例方式下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的说明:
如图1-图4所示:本发明包括泵体、泵盖、叶轮、泵轴和托架，其中泵盖和泵体一起连接在托架上且在泵盖和泵体中间形成压水室，泵轴连接在托架上，泵轴的后端连接动力装置，前端穿过泵盖进入到压水室，叶轮置于压水室内且连接在泵轴的前端随泵轴同步旋转，其中叶轮的叶片将通过泵轴传递的动能转化为输送介质的压能，从而达到输送的目的。上一步的方案中，所述泵轴和泵盖之间设置有密封副，密封副由一整块的硬质合金材料制作而成。现有技术的密封定环是其他金属内包硬质合金密封材料的密封副，定环是两部分组成，他们有制造和装配误差，要降低密封的可靠性及寿命，另外，硬质合金较少，耐磨得时间较少，也影响了密封的寿命。而本发明的密封的定环或是密封副是由一整块的硬质合金组成，制造精度能得到充分保证，耐磨时间也较长，且密封副的尺寸比原有的加大，其形状也加以改变，充分保证了可靠性及寿命。本发明采用两相流理论对泵的叶片进行了优化设计。根据我们的设计参数:流量Q=240m3/h ;扬程H=36m,转数n=1450转/分；设计计算如下:
泵的比转数 ns=3.65n (Q) 1/2=93
1.叶轮进口直径Dtl:
①常规设计:根据查表Kvtl=0.15 V0=Kv0 (2gh) 1/2=3.9857m/s
D0= (4Q/3.14V0)1/2 =0.146m
②根据两相流理论计算如下:取 Kv0=0.11
V0=Kv0 (2gh)1/2=2.923m/s D0= (4Q/3.14V0) 1/2 =0.1704m
2.叶轮外径D2:
①常规设计:根据查表Ku2=L15 U2=Ku2 (2gh) 1/2=30.557m/s
D2=60 U2/3.14n=0.4025m
②根据两相流理论计算如下:
取 Ku2=O- 9
U2=Ku2 (2gh) 1/2=23.91m/s D2=60 U2/3.14n=0.315m
3.叶轮出口宽度b2:
①常规设计 :根据查表Km2=0.115 Vm2=Km2 (2gh) 1/2=3.0557m/s
b2=Q/3.14 D2 n F2Vni2=0.02345m (注:Ψ2=0.94)
②根据两相流理论计算如下:
取 Km2=0.05
Vm2=Km2 (2gh) 1/2=1.328m/s
b2=Q/3.14 D2 n W2Vm2=0.054m (注:Ψ2=0.94)
根据以上计算，得出了叶片的尺寸和形状。改进了所抽送介质的运行轨迹，减少介质对泵壁的碰撞和磨损。针对现有除砂泵易磨损的问题，本发明将泵盖和叶轮的材质进行了进一步的改进，现有的除砂泵，其叶轮材质中元素含量一般是采用:C:0.32 0.4;Si:0.5 ；Mn:0.9 ；P ^ 0.03 ；S ^ 0.03 ；Cr ( 0.25 ；Ni ( 0.25。泵盖材质中元素含量一般是采用:C:0.32
0.4 ；Si:0.17 0.37 ；Mn:0.5 0.8 ；P ^ 0.03 ；S ^ 0.03 ；Cr ( 0.25 ；Ni ( 0.25。其性能检测后为:HRC:41 ;HBW:415。而对于本发明来说，其叶轮的制作材料中，包含占叶轮总重量为下列重量百分含量的元素成分:C:2.4 3% ；S1:1.5 2% ；Mn ( 2% ；P ( 0.1% ；S彡0.06% ；Mo ( 1.5% ；Cr:7 11% ；Cu ( 1.2% ；Ni ( 1%。泵盖的制作材料中，包含占泵盖总重量为下列重量百分含量的元素成分:C:2.4 3% ；Si:1.5 2% ；Mn ( 2% ；P ( 0.1% ；S ^ 0.06% ；Mo ( 1.5% ；Cr:7 11% ；Cu ( 1.2% ；Ni ( 1%。其材料性能经过检测后为:HRC彡55，HBff彡600，远远优于现有除砂泵的材料性能。本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
权利要求
1.一种新型除砂泵，其特征在于包括泵体(1)、泵盖(2)、叶轮(3)、泵轴(4)和托架(5)，其中泵盖(2)和泵体(1) 一起连接在托架(5)上且在泵盖(2)和泵体(1)中间形成压水室(6)，泵轴(4)连接在托架(5)上，泵轴(4)的后端连接动力装置，前端穿过泵盖(2)进入到压水室(6)，叶轮(3)置于压水室(6)内且连接在泵轴(4)的前端随泵轴(4)同步旋转。
2.根据权利要求1所述的一种新型除砂泵，其特征在于所述泵轴(4)和泵盖(2)之间设置有密封副(7 )，所述密封副(7 )由一整块的硬质合金材料制作而成。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型除砂泵，其特征在于叶轮(3)包括与泵轴(4)连接的中轴(8)和连接在中轴(8)外圆上的叶片(9)，所述叶片(9)的形状是根据两相流介质的流线形状而设计。
4.根据权利要求3所述的一种新型除砂泵，其特征在于所述叶轮(3)的制作材料中，包含占叶轮(3)总重量为下列重量百分含量的元素成分:C:2.4 3% ；S1:1.5 2% ；Mn ≤ 2% ；P≤ 0.1% ；S ≤ 0.06% ；Mo ≤ 1.5% ；Cr:7 11% ；Cu ≤ 1.2% ；Ni ≤ 1%。
5.根据权利要求4所述的一种新型除砂泵，其特征在于所述泵盖(2)的制作材料中，包含占泵盖(2)总重量为下列重量百分含量的元素成分:C:2.4 3% ；S1:1.5 2% ；Mn≤ 2% ；P ≤ 0.1% ；S ≤ 0.06% ；Mo ≤ 1.5% ；Cr:7 11% ；Cu ≤ 1.2% ；Ni ≤ 1%。
全文摘要
本发明为一种新型除砂泵，涉及一种用于抽送石油钻井液的除砂泵。本发明的目的是解决现有除砂泵易磨损，效率低且能耗高的问题。包括泵体、泵盖、叶轮、泵轴和托架，其中泵盖和泵体一起连接在托架上且在泵盖和泵体中间形成压水室，泵轴连接在托架上，泵轴的后端连接动力装置，前端穿过泵盖进入到压水室，叶轮置于压水室内且连接在泵轴的前端随泵轴同步旋转；泵轴和泵盖之间设置有密封副，设计新的叶轮和泵盖的材料配方。该除砂泵通过改进叶轮和泵盖的材料配方以及叶轮的叶片型线，增加了泵盖的耐磨性能和从叶轮出来的介质对泵的冲刷，增加了泵的使用寿命。
文档编号F04D29/24GK103161750SQ20111042258
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者刘华光, 喻典鑫 申请人:刘华光, 喻典鑫