一种钻井泵油箱节约润滑油数量的技术方案的制作方法

1.本发明涉及石油工程设备领域，具体涉及一种钻井泵油箱节约润滑油数量的技术方案。


背景技术：

2.钻井泵是美国1901年发明的，到了上个世纪70年代，美国将钻井泵技术发展到当时非常高的水平，该技术现在还占据着钻井泵的统治地位，一定程度上说，美国钻井泵的发展史代表世界钻井泵的发展史，世界各国的钻井泵技术都是从美国引进来的，中国也不例外，现在中国在用的钻井泵也是美国技术占统治地位。中国钻井泵要想超过美国钻井泵技术，首先要分析美国钻井泵技术，取其精华，去其糟粕，然后才能超过美国，以美国钻井泵的品牌之一美国cameron公司的w系列连续运行性能的w2200hp（功率为2200hp）钻井泵为例，这种规格钻井泵的价格是中国同样规格钻井泵的3倍，目前中国研发一种2400hp钻井泵，就是要各个方面都要超过w2200hp钻井泵，本发明从油箱节约润滑油数量方面要超过。美国cameron公司的w2200hp钻井泵，w2200hp钻井泵第一次磨合期润滑油的使用时间是250小时，磨合期后的润滑油的使用时间是1000小时，要求每次油箱加润滑油数量是799升，润滑油使用的是美国的润滑油，美国用的最多的是美孚润滑油，按照中国销售美孚润滑油的平均价格是每升100元人民币，按照这个要求计算运行成本是：磨合期每小时润滑油成本是319.6元，磨合期后的运行润滑油成本是每小时79.9元，可见润滑油的运行成本是非常高的，中国研发的2400hp新型钻井泵，功率比美国cameron公司的w2200hp还多200hp，功率越大，消耗的润滑油数量还更多，如果按照美国cameron公司的w2200hp的润滑油使用数量要求，2400hp新型钻井泵润滑油的使用成本还更高，因此研究一种钻井泵油箱节约润滑油数量的技术方案不仅仅可以降低润滑油的使用成本，还可以为中国制造增光。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种钻井泵油箱节约润滑油数量的技术方案。
4.本发明的技术方案如下：从研究油箱的基本功能作为突破口，在研究过程中要打破常规的思维，根据具体的情况具体分析。
5.油箱的基本功能是：
①
储存润滑系统所需要的润滑油；
②
沉淀润滑油中的水、固体、污物；
③
消除润滑油的泡沫；
④
散发润滑油的热量。这四个方面的基本功能中的第
①
肯定能满足，对于后面三项分别采用的方案如下：将油箱从机架内改在底座内，取消飞溅润滑而全部为强制润滑，美国cameron公司的w2200hp钻井泵的油箱、曲轴、连杆、齿轮、十字头、轴承都在闭式机架箱体内，采用了飞溅润滑，即在这种闭式箱体中，浸泡在油箱中的齿轮、滚动轴承、连杆大头将润滑油不断的搅动，使润滑油不断地飞溅在小齿轮轴与机架之间的滚动轴承、连杆小头和十字头销之间的轴承、十字头和机架之间的滑动轴承的摩擦表面上，这些润滑油都是没有经过过滤的，润滑
油中的水、固体、污物都直接进入摩擦副，这必然加速了摩擦副金属之间的磨损，为了不使搅动时把油箱底部的水、固体、污物等物质直接进入摩擦副，因此油箱的深度必须很深，沉淀润滑油中的水、固体、污物功能才大，必然将润滑油的数量增大，改进措施是油箱不设计在机架内部，改在底座内，取消飞溅润滑而全部为强制润滑，就可以降低油箱的深度，即减少润滑油数量。
6.在底座油箱内，沉淀润滑油中的水的功能的满足措施是，在底座油箱设计一个位置非常低的沉淀腔，沉淀腔体积不大，及时排出沉淀腔中的水，这样可以解决。
7.润滑油中的固体、污物从源头上解决，润滑油的固体和污物来源有两个方面，第一个来源是底座油箱在注入润滑油之前没有把底座油箱的固体、污物清洁干净，底座油箱是焊接而成，后经过表面处理，底座油箱内的固体、污物必然存在，特别是底座油箱内底部焊接交界处容易存在，每次更换新的润滑油，如果这些地方不容易清洁，便保留在底座油箱内，因此设计成非常容易清洁的底座油箱结构，便可以解决这个第一来源的问题。第二个来源是钻井泵在工作过程中，各轴承表面和齿轮表面要磨损，磨损掉的金属固体要进入润滑油中，润油油质量不好或使用条件不好，润滑油容易氧化，氧化会生成一些难溶物和沉淀物，如油泥和漆膜，油泥是黑灰色的胶状软质沉淀物。第二来源也是从源头上解决，美国cameron公司的w2200hp的润滑油品质是高端的润滑油，品质高端的润滑油要在润滑油中添加很好的抗氧化的添加剂，各轴承表面和齿轮表面完全被油膜隔离，基本无磨损，润滑油氧化的速度非常慢，这项功能就不用底座油箱来完成，因此可以取消底座油箱的这项功能。
8.要消除润滑油的泡沫，也从源头解决，美国cameron公司的w2200hp的润滑油在润滑油添加质量很高的抗泡沫的添加剂，消除润滑油的泡沫效果非常好，加上使用条件好，润滑油就不容易产生泡沫，因此消除润滑油的泡沫这个功能也不用底座油箱来完成。
9.散发润滑油的热量是传统的油箱设计重要关注点，在《机械润滑设计手册》专门介绍油箱的容积大小的设计是从散热角度来考虑的，即计算出系统发热量，系统的散热量，从热平衡角度计算油箱的容积，油箱的散热量与油箱的表面积大小成正比，油箱的散热表面积分两部分，一部分是油箱内部被润滑油浸着，外面又被自然循环的空气所冷却的表面积，另一部分是加强筋和凸出的表面积。大功率钻井泵功率大，发热量大，要达到热平衡需要的油箱表面积必然很大。新型钻井泵的散热量依靠散热量能平衡掉系统的发热量的润滑油冷却系统，因此底座油箱的散发润滑油的热量功能取消。
10.根据上面的分析，底座油箱主要完成是储存润滑系统所需要的润滑油功能，其它三方面的功能都被弱化了，只需要满足底座油箱的吸油管口要低于润滑油表面，保证任何情况下不能吸空，所谓任何情况，是指钻井泵没有开始运转时，底座油箱中的润滑油数量很多，但运转后，润滑油便从底座油箱进入钻井泵各个摩擦副，然后从各摩擦副回流到底座油箱，即钻井泵运转时，润滑油的数量要减少，减少的多少与润滑油从各摩擦副回流的速度有关，回流的速度越快，减少得越少，反之，回流的速度越慢，润滑油减少的数量越多，因此要求润滑油回流速度越快越好，因此底座油箱体的油箱底板设计为斜度为2
°
～3
°
，这个斜度使润滑油回流到底座油箱体的吸油管口速度越快，达到减少润滑油数量的目的。
11.经过对底座油箱的基本功能分析，新型大功率钻井泵的底座油箱只需要加300升的润滑油数量便可，比美国cameron公司的w2200hp钻井泵的润滑油数量减少62.5%，用户的运行中的润滑油成本降低62.5%。
附图说明
12.图1
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一种钻井泵底座油箱主要零件示意立体图；图2
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一种钻井泵底座油箱体示意立体图；图3
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图2的a
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a剖视图;图4
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图3的b
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b剖视图及b
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b剖视图中的局部c
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c剖视图。
13.附图标记如下：1
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底座油箱体、2
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密封圈、3
‑
密封盖板、1.1
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回油口、1.2
‑
回油口、1.3
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吸油管口、1.4
‑
低位左油腔、1.5
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低位右油腔、1.6
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高位右油腔、1.7
‑
高位左油腔、1.8
‑
水沉淀腔、1.9
‑
排放水口、1.10
‑
通道、1.11
‑
油箱底板、1.12
‑
通道、1.13
‑
清洗底座油箱焊接交界处最长宽度、a
‑
焊接交界处。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
15.本发明的实施方式不限于以下实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。
16.将油箱从机架内改在底座内，取消飞溅润滑而全部为强制润滑，美国cameron公司的w2200hp钻井泵的油箱在闭式机架箱体内，采用了飞溅润滑，即在这种闭式箱体中，浸泡在油箱中的齿轮、滚动轴承、连杆大头将润滑油不断的搅动，使润滑油不断地飞溅在小齿轮轴与机架之间的滚动轴承、连杆小头和十字头销之间的轴承、十字头和机架之间的滑动轴承的摩擦表面上，这些润滑油都是没有经过过滤的，润滑油中的水、固体、污物都直接进入摩擦副，这必然加速了摩擦副金属之间的磨损，为了不使搅动时把油箱底部的水、固体、污物等物质直接进入摩擦副，因此油箱的深度必须很深，沉淀润滑油中的水、固体、污物功能才大，必然将润滑油的数量增大。改进措施是油箱不设计在机架内部，改在底座内，取消飞溅润滑而全部为强制润滑，就可以降低油箱的深度，即减少润滑油数量。
17.新型钻井泵的油箱改在底座内部，因此叫底座油箱，但仍然属于油箱，从满足油箱的基本功能作为技术方案的依据，油箱的基本功能是：
①
储存润滑系统所需要的润滑油液；
②
沉淀润滑油中的水、固体、污物；
③
消除润滑油的泡沫；
④
散发润滑油的热量，基本功能中的第
①
肯定能满足，对于后面三项分别采用如下的技术方案。
18.请参阅图1～图4，本实施例一种钻井泵油箱节约润滑油数量的技术方案,包括底座油箱体1，密封圈2，密封盖板3，回油口1.1，回油口1.2，吸油管口1.3，低位左油腔1.4，低位右油腔1.5，高位右油腔1.6，高位左油腔1.7，水沉淀腔1.8，排放水口1.9，通道1.10，油箱底板1.11，通道1.12，清洗底座油箱焊接交界处最长宽度1.13、焊接交界处a。
19.请参阅图2～图4，润滑油泵从底座油箱体1的吸油管口1.3处吸入润滑油，润滑油经过润滑油过滤器、润滑油制冷装置，进入钻井泵的各个轴承、齿轮等摩擦副去润滑，然后分别通过2个回油口1.1回流到高位右油腔1.6和高位左油腔1.7，通过3个回油口1.2回流到底座油箱体1的低位左油腔1.4和低位右油腔1.5，由于水沉淀腔1.8的位置比底座油箱体1所有腔的最低处还低80～85mm，润滑油中密度更大的水便通过通道1.12、通道1.10流到了水沉淀腔1.8，再通过排放水口1.9排出到底座油箱外，完成了底座油箱的沉淀润滑油中的水的基本功能。
20.请参阅图1～图4，润滑油中的固体、污物从源头上解决，润滑油的固体和污物来源有两个方面，第一个来源是底座油箱在注入润滑油之前没有把底座油箱的固体、污物清洁干净，底座油箱是焊接而成，后经过表面处理，底座油箱内的固体、污物必然存在，特别是底座油箱体1焊接交界处a容易存在，每次更换新的润滑油，如果这些地方不容易清洁，便保留在底座油箱体1内，因此设计成非常容易清洗的底座油箱结构，即要清洗底座油箱体1焊接交界处a，便将图1的密封盖板3和密封圈2拆掉，因为清洗底座油箱焊接交界处最长宽度1.13最多不超过220mm，便可以非常方便的清结底座油箱体1内的所有地方，可以解决第一来源的问题。第二个来源是钻井泵在工作过程中，各轴承表面和齿轮表面要磨损，磨损掉的金属固体要进入润滑油中，润油油质量不好或使用条件不好，润滑油容易氧化，氧化会生成一些难溶物和沉淀物，如油泥和漆膜，油泥是黑灰色的胶状软质沉淀物。第二来源也是从源头上解决，美国cameron公司的w2200hp钻井泵的润滑油品质是高端的润滑油，品质高端的润滑油要在润滑油中添加很好的抗氧化的添加剂，各轴承表面和齿轮表面完全被油膜隔离，基本无磨损，润滑油氧化的速度非常慢，这项功能就不用底座油箱来完成，因此可以取消底座油箱的这项功能。
21.要消除润滑油的泡沫，也从源头解决，美国cameron公司的w2200hp的润滑油在润滑油添加质量很高的抗泡沫的添加剂，消除润滑油的泡沫效果非常好，加上使用条件好，润滑油就不容易产生泡沫，因此消除润滑油的泡沫这个功能也不用底座油箱来完成。
22.新型钻井泵的散热量依靠散热量能平衡掉系统的发热量的润滑油冷却系统，因此底座油箱的散发润滑油的热量功能取消。
23.请参阅图3，钻井泵没有开始运转时，底座油箱体1中的润滑油数量很多，但运转后，润滑油便从底座油箱体1进入钻井泵各个摩擦副，然后从各摩擦副回流到底座油箱，即钻井泵运转时，润滑油的数量要减少，减少的多少与润滑油从各摩擦副回流的速度有关，回流的速度越快，减少得越少，需要的润滑油数量比便可以减少，因此底座油箱体1的油箱底板1.11设计为斜度为2
°
～3
°
，这个斜度使润滑油回流到底座油箱体1的吸油管口1.3速度越快，达到减少润滑油数量的目的。
24.综合起来，将油箱从机架内部改在底座内部，通过在底座油箱体1中设计位置最低的水沉淀腔1.8，底座油箱体1内腔所有位置非常容易清洗的结构，选用美国cameron公司的w2200hp钻井泵的润滑油品质相同的润滑油，配置散热量能平衡掉系统发热量的润滑油冷却系统，加快润滑油快速回流速度的油箱底板等措施，便可以满足油箱的基本功能要求，新型钻井泵的底座油箱只需要加300升的润滑油数量便可，比美国cameron公司的w2200hp钻井泵的润滑油减少数量62.5%，用户的运行中的润滑油成本降低62.5%。
25.上面结合附图对本发明的实施做了详细描述，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内还可以做出各种变化，这些变化均属于本发明的保护，同样属于本发明的保护范围之内。