往复泵的结构多种多样，这里以钻井泵为例，来介绍往复泵的结构组成。

 主要教学内容：钻井泵的组成；钻井泵的主要部件；钻井泵的主要易损件

 重点内容：钻井泵的主要部件及易损件。

一、钻井泵的组成

   3NB、F系列钻井泵主要由动力端、液力端、喷淋系统、润滑系统、灌注系统等五部分组成。

    动力端：包括机架、传动轴、主轴、齿轮、曲轴、连杆、十字头等。

　液力端：包括泵头、缸套、活塞、活塞杆、盘根盒、阀、空气包等。

　喷淋系统 : 包括喷淋泵、冷却水箱、喷管等。 

　润滑系统: 包括润滑油池、润滑油泵、润滑管线等。

　灌注系统:包括离心泵、吸入空气包等。

 二、钻井泵的主要部件

1.动力端：由机架、传动轴、主轴、齿轮、曲轴、连杆、十字头等部件组成。

    动力端的作用：实现动力的输入和运动方式的转换。

动力端的主要零部件有：

                                机架                                                                       输入轴

                                              曲轴                                                           曲柄连杆

                               齿轮                                                                         十字头和介杆

2. 液力端：由泵头、缸套、活塞、活塞杆、盘根盒、阀门（吸入、排出阀）、空气包、安全阀等组成。

   液力端的作用：是液体的工作场所，实现液体的吸入、压缩、排出和压力、流量的平衡。 

液力端布置方案有两种：

                              I型泵头                                                 L型泵头

3.喷淋系统 :由喷淋泵、冷却水箱、喷管等组成 。

   喷淋系统的作用：实现介杆的冷却。

4、润滑系统:由油泵和管线组成。

  润滑系统的作用：实现机械摩擦部件的润滑。

5. 灌注系统:由灌注泵、吸入空气包等组成。

    灌注系统的作用：保证泵的吸入。

三、钻井泵的主要易损件

1.活塞—缸套总成

钻井泵的缸套座与泵头、缸套与缸套座之间多采用螺纹连接，活塞与中间杆及中间杆与介杆之间，采用卡箍等连接。如图所示，是三缸单作用泵的活塞—缸套总成。其中，活塞和缸套是易损件。因为当活塞在缸套内作往复运动时，有规律地反复挤出通常带有固体磨砺颗粒的液体，活塞与缸套之间既是一对密封副，又是一对摩擦副，容易磨损或被高压液体刺漏而失效。

单作用泵活塞，由阀芯和皮碗等组成；一般采用自动封严结构，即在液体压力的作用下能自动张开，紧贴缸套内壁。单作用泵活塞的前部为工作室，吸入低压液体，排出高压液体；后部与大气连通，一般由喷淋装置喷出的液体冲洗和冷却。双作用泵活塞将缸套分为两个工作室，两边交替吸入低压液体和排出高压液体，故活塞皮碗在钢芯两边呈对称布置。

 高压硫化活塞皮碗对提高其寿命有利。具体方法是选用耐磨的耐油橡胶作主体材料，其上嵌接高聚物树脂；以挂胶帆布(原为me尼龙)为骨架，整体成型，模压定型，加工处理后与橡胶高压硫化成一体。目前，高压硫化活塞等，在18～20MPa下工作，寿命可达179～324h；在28～32MPa下工作，寿命达112h。

缸套结构比较简单，目前常用的有单一金属和双金属两种。

由高碳钢或合金钢制造的单金属缸套，一般经过整体淬火后回火，或内表面淬火，保证一定的强度和内表面硬度；由低碳钢或低碳合金钢制造的单金属缸套，一般进行表面硬化处理，如渗碳、渗氮、氰化或硼化处理等，将内表面硬度提高到HRC60以上，也有对缸套内部进行镀铬、镍磷化学镀或激光处理的。单金属缸套工作寿命短，贵金属消耗量大。

 双金属缸套有镶装式和熔铸式两种结构型式。镶装式外套材质的机械性能不低于ZG35正火状态的机械性能；内衬为高铬耐磨铸铁(实际是耐磨白口铸铁)，内外套之间有足够的过盈量保证结合力；内衬硬度RC≥60。熔铸式外套材质的机械性能不低于ZG35正火状态的机械性能；用离心浇铸法加高铬耐磨铸铁内衬；毛坯进行退火处理，机械粗加工后进行热处理(淬火+低回火)，精加工。目前，国产双金属缸套的平均寿命可达700h。金属陶瓷缸套是高度技术产品，其寿命可达双属缸套的2～3倍。

 2.介杆——密封总成

钻井泵的介杆，一端与十字头相连接，处于润滑机油环境中，另一端与活塞杆相连接，经常受到漏失泥浆、污水等的冲刷或污染。为了防止各类污染液体窜人动力端机油箱破坏机油的润滑性能，避免机油外漏，必须采用介杆密封装置将动力端与液力端严格地隔离。

对于三缸单作用钻井泵，由于泵速和压力都较高，有的还带有活塞或柱塞喷淋冷却液系统，介杆作往复运动时，很容易造成油液、泥浆液等的相互渗漏。国内外往复泵采用的介杆密封有多种型式，这些介杆密封装置，在工作一段时间以后，由于导板磨损，十字头下沉，或十字头、介杆及活塞(柱塞)杆之间连接不牢固，或壳体发生变形，以及加工和安装误差等原因，使介杆发生偏磨，密封会很快失效。

目前应用较多的介杆密封有两种型式：

1)跟随式介杆密封  

 如图所示。波纹密封套的一端用压板紧固在中间隔板上，另一端用卡子固紧在介杆上。

2)全浮动式介杆密封装置 

 图示为全浮动式介杆密封装置结构图，包括联结盘、定位板、“O”形密封圈、左右浮动套、球形密封盒、“K”形自封式介杆密封等。

 球形密封盒可在浮动套内任意转动．左右两个浮动套与联结盘和壳体形成端面间隙配合，可随球形密封盒浮动，在联结盘与壳体之间上下浮动，自动调整径向偏移；浮动套、联结盘、球形密封盒间都安装有“O”形密封圈，具有多重保险密封的作用。因此，当包括介杆、十字头、柱塞等运动件的组合轴心线与理论轴心线由于加工误差、安装误差、十字头等自重偏磨引起偏移时，通过球形密封盒在左右浮动套内任意转动，以及左右浮动套的上下左右浮动，来自动调整，从而使介杆密封的中心线与介杆中心线始终保持一致，避免偏磨。

“K”形自封式介杆密封包括骨架和帘布增强橡胶两部分。骨架与帘布增强橡胶高压硫化在一起，使密封被压紧时不产生轴向变形；密封内圈的两唇部与介杆有一定的过盈，使其两端密封；密封的两唇部加一层耐磨橡胶，耐磨耐热。

此外，十字头与介杆之间采用活络联结，使得活塞或柱塞可以与十字头同时转动，也减轻了活塞—缸套、柱塞—密封、介杆—密封等的偏磨。

3.泵阀

泵阀是往复泵控制液体单向流动的液压闭锁机构，是往复泵的心脏部分。一般由阀座、阀体、胶皮垫和弹簧等组成。目前，有三种主要型式的泵阀广泛被采用。

    (1)球阀  如图所示。主要用于深井抽油泵和部分柱塞泵。

    (2)平板阀  如图所示。主要用于柱塞泵和部分活塞泵。阀座采用3Crl3不锈钢，表面渗碳处理，或采用45号钢喷涂，耐腐蚀、抗磨损，阀板采用新型聚甲醛工程塑料，综合性能好，质量轻、硬度高、耐磨、耐腐蚀，与金属表面相配后密封可靠，弹簧采用圆柱螺旋形式，材料为60S2MnA，经过强化喷丸处理，疲劳寿命高。

(3)盘状锥阀  主要用于大功率的活塞泵及部分柱塞泵。盘状锥阀的阀体和阀座支承密封锥面与水平面间的斜角一般为450～550。阀座与液缸壁接触面的锥度一般为1：5~1：8，现在多采用1：6的锥度。锥度过小，阀座下沉严重，且不易自液缸中取出，锥度过大，则接触面间需要加装自封式密封圈。

 锥面盘阀有两种结构型式，一种是双锥面通孔阀，如图所示。其阀座的内孔是通孔，由阀体和胶皮垫等组成的阀盘上下运动时，由上部导向杆和下部导向翼导向。这种阀结构简单，阀座有效过流面积较大，液流经过阀座的水力损失较小，但阀盘与阀座接触面上的应力较大，阀盘易变形，影响泵的工作寿命。另一种是双锥面带筋阀，如图6—46所示。主要特点是阀座内孔带有加强筋，阀盘上下部都靠导向杆导向，增加了阀盘与阀座的接触面和强度，但阀座孔内的有效通流面积减小，水力损失加大。

 往复泵工作时，阀盘和阀座的表面受到含有磨砺性颗粒液流的冲刷，产生磨砺性磨损；此外，阀盘滞后下落到阀座上，也会产生冲击性磨损。

目前提高泵阀寿命的办法是：

  ①合理确定液体流经阀隙的速度，即阀的结构尺寸要与泵的结构尺寸和性能参数相对应，保证阀隙流速不要过大。    ·

  ②控制泵的冲次，对于阀盘或阀座上有橡皮垫的锥阀，按照无冲击条件hmax≤800~l 000条件确定泵的冲次n(min-1)，其中的hmax 是泵阀的最大升距，单位为(mm)。

  ③阀体和阀座采用优质合金钢40Cr，40CrNi2MoA等整体锻造，经表面或整体淬火，表面硬度达HRC60～62，橡胶圈由丁腈橡胶或聚胺脂等制成。

  ④保证正常的吸人条件，首先，要满足psmin ≥pt，即最低吸人压力psmin。应大于液体的汽化压力pt ；其次，吸人系统不应吸人空气或其他气体，吸入的液体中应尽可能少含气体。若不能保证正常吸人条件，则阀将极易损坏，特别是吸人阀。

  ⑤净化工作液体。  

     此外，阀箱虽然不是易损件，但在高压液体的交变作用下，容易发生裂纹，导致破坏。因此，全部采用整体优质钢(35CrMo等)锻件，经过调质处理。在圆孔相贯处采用平滑圆弧过渡，降低集中应力，在阀箱内腔采用喷丸或高压强化处理，或进行镍磷镀，较好地解决了阀箱开裂等问题。

4.空气包

     空气包利用其内部气体的可压缩性进行工作。以排出空气包为例，当液缸排出瞬时流量增加，液体压力加大时，胶囊内气体受压缩，空气包储存来自液缸内的一部分液体，当液缸排出的瞬时流量减少，液体压力减小时，胶囊内气体膨胀，空气包放出一部分液体，始终使进入排出管内的液体变化不大，从而保持排出管内压力趋于均匀。

 吸入空气包的作用是使吸人管中的液体流量趋于均匀，保持吸入压力稳定。  

5.安全阀

往复泵在高压下工作，为保证安全，在排出口处安装安全阀，以便将泵的极限压力控制在允许的范围内。

常见的安全阀有：膜片式、销钉剪切式、弹簧式等安全阀。

四、其他结构形式的往复泵

 1.柱塞泵

       与活塞泵类似，其主要区别在于往复运动件的密封形式上。柱塞泵的柱塞直径外表面与缸套内表面紧密配合，柱塞的往复运动改变缸套内部容积，实现吸入和排出。柱塞泵的柱塞则采用外密封结构，如图所示。柱塞运动不断改变液缸内的充液容积，实现吸入和排出。柱塞密封在泵缸之外，便于拆装、调节，还可以通过冷却液冲洗磨擦表面降低温度。柱塞泵通常由柴油机、电动机作动力；有的在泵外减，动力直接传递到曲轴上，有的在泵内装有减速机构；曲轴通常采用偏心结构，冲程较短而冲次较高；连杆大头有的采用整体式滚动轴承，如同钻井泵那样，但较多见的还是剖分式滑动轴承，便于安装。

柱塞泵在石油矿场上主要作为压裂泵、固井水泥泵和注水泵。它们之间只有压力和流量等性能参数的不同，结构和工作原理并无实质性区别。将压裂液送入油井内；并借助高压在油层中造成裂缝，或使原油层裂缝扩大的柱塞泵，称作压裂泵。将水泥浆注入油井，使套管与井壁牢固连接的柱塞泵，称作水泥泵。向井内输送高压水，进入油层躯油和补充地层能量的柱塞泵，称作注水泵。

柱塞泵不局限于石油系，各行各业都有应用，其标准代号为：

 例如3ZLl2．5／25Q，表示柱塞数目为3的立式球阀泵，其额定流量为12．5m3／h，额定压力为25MPa；某些特殊用途的柱塞泵，还在其代号前面加某些代号，如SD328／20B，为卧式三柱塞板阀泵，额定流量8m3／h，额定压力20MPa，SD表示作为水力活塞泵装置的地面泵。 

  柱塞泵的典型结构：

1）美国BJ公司122-T型压裂车上佩斯梅克(BJ－Pacemaker)型三缸柱塞泵的结构图。

       该泵动力端由合金钢板焊接而成，内有一级齿轮减速。动力可由传动轴的两侧输入，使泵的曲轴可以顺时针或逆时针旋转。传动轴由两个实心轴和一段钢管组焊而成，重量轻，强度高，通过花键与小螺旋齿轮连接，两端采用青铜衬巴式合金滑动轴承，曲轴由高合金钢锻造毛坯，经过热处理加工而成，轴承也是青铜的并衬以巴氏合金。大螺旋齿轮用键固定在曲轴上，齿轮上还配以平衡重，使不平衡质量的振动状态趋于最小。连杆是整体铸造，十字头由轻质高合金钢制成整体圆筒形。十字头及其导板和全部轴承靠压力油润滑。

2）美国BJ公司122-T型压裂车上佩斯梅克(BJ－Pacemaker)型三缸柱塞泵的结构图。

  该泵液力端的液流通道采用T形结构，如图所示。排出阀采用翼型导向；吸入阀采用柱型导向；相当于去掉吸入阀室部分，使液力端的重量减少20％～30％。泵头由整块高合金钢坯加工而成，内部有较厚的硬化层；柱塞有89、101和114 mm(3．5”、4”和4．5”)3种规格，89mm柱塞由钢棒制成，将含硼和硅溶剂的铬镍合金用火焰喷焊到钢棒上，形成表面硬金属覆盖层，厚度达16mm；101 mm、114mm柱塞是厚壁管状合金钢，表面也有硬覆盖层。通过密封盒中的支撑环向密封盒中灌注润滑油，对密封件起润滑作用；同时设置柱塞冲洗系统，用细的水流冲刷外露柱塞表面的细磨粒、泥浆或其它腐蚀性物质。

   3）国产3H—8／450型三柱塞泵 

   其冲程长度为127mm；冲次为370min”；5级柱塞，57～35mm，相应工作压力17.2～45.7MPa，流量21.6～8.1m／h；装机功率110kW。

4）海洋橇装循环设备 

              QZB40—11D                                                QZB50—13 

                    QZB70—13                                            QZB40—265

该系列产品主要用于海洋油田的洗井、压井、压力测试和酸化作业，也可用于沙漠、滩涂等环境作业，采用系列三缸柱塞泵，橇装结构，布局紧凑，满足海洋防腐、防爆等特殊要求，并可根据平台特殊要求进行设计。

主要技术参数:

5）3ZB70-400三缸柱塞泵

6）OFM600三缸柱塞泵