【正文】 ，也有顯著不同．這樣就可以通過改變工藝條件，控制馬氏體的形態(tài)，從而控制其性能．如AISI 4340鋼(即40CrNiMoA 鋼)在油液淬火條件下，斷裂時表現(xiàn)了較大的塑性狀態(tài)，而且試驗表明，平面應變斷裂韌性Ktc、一次沖擊值CVN 和拉伸試驗值均顯示了較高的塑性．基于以上認識提出了另一工藝方案，即采用油液淬火工藝獲得馬氏體組織，稱為“淬火態(tài)”工藝。另一個累計在現(xiàn)場連續(xù)運轉(zhuǎn)245h，工作壓力35．7MPa，在交變腔下部開裂失效，其它機件運轉(zhuǎn)正常。 調(diào)質(zhì)態(tài) 工藝和 淬火態(tài) 工藝，無論出自傳統(tǒng)觀念還是吸收斷裂力學的近期研究成果，其目的都是為了提高泵頭體的強度。按“化學熱處理”工藝生產(chǎn)了兩個泵頭體，其中一個，對泵頭進行高壓生產(chǎn)試驗，累計連續(xù)運轉(zhuǎn)121l 未發(fā)生故障性停車和異常情況。兩臺試驗泵均因地質(zhì)原因停泵，雙雙突破了連續(xù)運轉(zhuǎn)1000h的鑒定要求，以后一直沿用“化學熱處理 工藝進行生產(chǎn)。這種“ 化學熱處理” 工藝是對一特定的中碳合金結(jié)構(gòu)鋼進行滲碳處理，控制滲層深度和碳化物級別，而后直接淬火、回火獲得較高的表面硬度。這種處理方式其實是一種預應力處理，能大幅度提高泵頭體的抗疲勞性能， 從而可延長泵頭體的服役壽命。為了檢驗斷裂失效原因，對泵頭體應力狀況進行了定量分析。為保證計算具有足夠的精確度，取泵頭的一半作網(wǎng)格劃分，劃分的原則是破壞處最密，離破壞處越遠麗格越疏，由密而疏平緩過渡，共劃分八層三條138個單元．對網(wǎng)格的劃分由計算機作出單元劃分數(shù)檢繪圖．計算機計算出的各結(jié)點應力值表明，位于三通相貫處的單元內(nèi)應力較高，裂紋源處峰值應力235MPa,其余各單元的應力一般小于49MPa,高壓腔一些單元的內(nèi)壁應力也小于98MPa。用掃描電鏡觀察斷口的微觀形貌特征，確定裂紋源和裂紋擴展途徑，因此可以判定泵頭體的斷裂失效是由疲勞引起的。缺陷可能是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，如冶煉，鑄造，鍛壓過程中產(chǎn)生的夾雜，氣孔 白點等．泵頭體在運行過程中承受交變載荷時產(chǎn)生疲勞裂紋．缺陷(裂紋)附近產(chǎn)生應力集中，由于泵頭體體積大，彈性能量積蓄太，限制了塑性變形的發(fā)展，加上高速加載加壓，以致在應力較低的條件下，裂紋尖端已經(jīng)失去穩(wěn)定而脆性擴展，突然開裂。孕育期：泵頭在交變載荷作用下，達到產(chǎn)生裂紋所需要的時間和交變周次，不論泵頭體材料局部有無缺陷，均存在孕育期。裂紋擴張期：在交變載荷作用下，從泵頭裂紋的萌生開始到斷裂前，裂紋由微觀向宏觀擴張．這種擴張是裂紋的尺寸小于最后斷裂時的I臨界裂紋尺寸條件下緩慢擴張。由此可知，疲勞壽命由形成裂紋的孕育期No。這樣，自然可以想到，在交變載荷作用下的泵頭體中的疲勞裂紋亞臨界擴張，應力強度因子K也是一個很重要的控制參量。研究這些因素的影響，對于實施泵頭體的合理選材，制定合理的熱處理工藝和強化方法，盡可能改變疲勞裂紋的萌生位置，獲得低的疲勞裂紋擴張速率，對延長泵頭體的服役壽命具有明顯的意義． 冶金因素(1)夾雜物：泵頭體中的非金屬夾雜物能促使裂紋擴張速率加快．不易產(chǎn)生塑性變形的夾雜物對材料疲勞性能最有害。因此，以央雜形式或白點出現(xiàn)的局部缺陷，就太有助于產(chǎn)生應力集中。(2)晶粒度：有關(guān)的研究結(jié)果指出，在相同的應力水平下，細晶粒時的疲勞條紋密，粗晶粒的疲勞條紋疏，晶界對疲勞裂紋的擴張有阻止作用，所以細化晶粒是提高疲勞抗力的有效途徑。在逐個晶?；泼嫔衔⒂^裂紋一旦開始，剛在阻止其發(fā)展中，晶界的作用也是重要的。 表面強化表面強化處理的手段，主要有化學熱處理、表面淬火、滾壓，擠壓，噴丸及復合熱處理等． 對于泵頭體這樣空間幾何形狀復雜的零件，一般表面強化處理難以奏效，我們采甩的“簿殼硬化”處理，就是通過熱處理在工件表面或亞表面產(chǎn)生高的壓應力?？刂拼阃感缘你~進行薄殼硬化對，由于整體加熱，冷卻后期發(fā)生了熱應力反向，給表層帶來了較 的壓應力。 機加工粗加工所產(chǎn)生的表面不規(guī)則，造成應力峰，粗加工也損害表層下一定深度的金屬。在鉆孔時孔底切削面容易出現(xiàn)太面積撕裂而引起疲勞斷裂。1．提高泵頭體報役壽命的基礎(chǔ)條件是改善泵頭體鋼材的冶金質(zhì)量． 如硫、磷含量應低于0 01％ ，采用VHD精煉，真空度達30～60kPa時通氬氣，解除真空前加鋁粒，鋼錠紅態(tài)進鍛造，鍛后紅進退火，氧化物、硫化物不超過1級，塔形試驗無發(fā)紋等。采用此種工藝，對奧氏體轉(zhuǎn)變時析出的碳億鐵級別應予嚴格限制．3 提高泵頭體服役壽命的重要條件是保證關(guān)鍵部位有較低的粗糙度，特別是交變腔圓弧和內(nèi)外表面，以消除疲勞裂紋的萌生位置．4．泵頭體應選擇具有優(yōu)良抗疲勞特性的鋼材，不宜選用強度太高的材料． 強度高的材料雖然能增大安全系數(shù)，提高強度儲備，但強度提高了，斷裂韌性降低了，反而增加了脆斷的危險，更不安全．5．泵頭體“薄殼硬化”處理過程中，由奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時，伴隨著體積膨脹，產(chǎn)生拉應力。由于工況條件惡劣(活塞沖次100～ 120次／min，摩擦溫升7O～170℃ ，堿性pH 為9～1O，泥漿含砂量高)，缸套承受高壓、高腐蝕和高磨損。缸套是不可回用的一次性易損零件。缸套的頻繁更換不僅嚴重浪費缸套，而且工人的勞動量很大，給井下安全造成了很大的隱患。目前我國石油工業(yè)有一千多支外井隊，這樣，全國鉆井隊每年僅缸套消耗就超過1億多元，而且更換費工費時。在鉆1口井的總時間內(nèi),因鉆井泵等設(shè)備的易損件壽命太低，而使所需的停機修理時間占到12 %～15 % ，相當于1個井隊每年少鉆井1 500～2 000 m。 磨損原因分析鉆井泵運行時，缸套內(nèi)壁與活塞外圓材料會產(chǎn)生磨粒磨損、粘著磨損、磨粒磨損是其主要磨損形式。石英是六方晶系的致密結(jié)晶體，泥漿中的石英粒子尺寸一般為 ～ mm，硬度高達 HV750～1 300。當犁溝尺寸較大時，高壓鉆井液將泄漏，并沖刷缸套內(nèi)壁，進而出現(xiàn)更嚴重的侵蝕條件下的三體硬粒磨損，使缸體、活塞、缸套在短期內(nèi)失效。結(jié)構(gòu)如上圖，缸套采用雙金屬制作，外套用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理獲得回火索氏體組織，具有較好的綜合性能。碳化物的折斷和脫落是缸套磨損失效的主要機制，為了提高缸套壽命，必須控制碳化物的折斷和脫落速率，優(yōu)選合適的缸套表面硬度可有效地提高高鉻鑄鐵套壽命。雙金屬缸套的優(yōu)點是抗腐蝕性,抗研磨性,很好的磨合性及工作表面的高光滑度；缺點是壽命較短，性能有待提高。項目針對目前石油鉆采設(shè)備中的抗磨零件材料的抗磨性能差，泥漿泵缸套的使用壽命短等問題而研發(fā)。缸套不需要熱處理工藝手段．縮短了制造周期．降低了廢品率，達到工件耐磨之目的。鑄態(tài)硬度高達HRC60～65．抗磨能力強、制造加工方便、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,耐磨層厚度可以調(diào)整。該材料除用于泥漿泵缸套．還應用于泥漿閥體閥座．石油鉆桿耐磨環(huán)、抽油泵桿等耐磨零件。 泵軸熱處理要解決的問題如何保證運行過程穩(wěn)定、實現(xiàn)批量生產(chǎn)目標，從技術(shù)角度必須解決以下三個問題。鑒于所需熱處理參數(shù)不一樣，為此專門設(shè)計了仿形感應圈。由于偏心輪檔的間隙很小，為了防止加熱上面一檔偏心輪時使其下面檔邊緣因加熱而降低硬度，保護水套的合理設(shè)計是保證質(zhì)量的重要前提。整個噴水圈位于感應圈下方，此水圈的位置可以手動調(diào)節(jié)，通過生產(chǎn)工藝驗證確定其到感應圈的合適距離，再通過螺釘固定在支架上。由于三種厚度不同的部位需要淬硬，且考慮到其位置特點，在加熱過程中工件不旋轉(zhuǎn)；軸承檔采取掃描加熱，工件旋轉(zhuǎn)。首先通過肉眼觀察感應圈的位置及加熱時的效果來完成粗調(diào)。粗調(diào)完成后，對實物進行解剖，通過金相分析測定淬硬層的軸向分布情況，然后對感應器位置進行微調(diào)，從而使淬硬層沿軸向均勻分布。為保證該冷卻介質(zhì)既具有良好的冷卻性能，又防止出現(xiàn)淬火裂紋，合適的濃度范圍為10％ 15％。 泥漿泵軸表面熱處理的方法泥漿泵的工作環(huán)境和條件惡劣，易損件就更多，更換次數(shù)就更快，泥漿泵泵軸就是其中之一泵軸作為軸類零件，有著多個尺寸要求和精度等級，加工復雜，費時費力。 表面熱處理方式選擇 熱處理有著多種形式，包括退火、正火、淬火、回火、滲碳、氮化、滲金屬等，根據(jù)實際需要選用了表面淬火的熱處理方法。同時設(shè)備簡單，成本低廉，對生產(chǎn)批量要求不高。 火焰表面淬火工藝 火焰表面淬火，是將工件的表面用強熱的火焰迅速加熱到臨界溫度以上，并立即冷卻，使其表面具有高的硬度，而心部具有足夠的強度與韌性。這是因為火焰表面淬火時，加熱速度極大(因火焰溫度可達31500C)。所以，即使加熱溫度較高，仍然不會引起晶粒的長大，淬火后可以得到隱晶馬氏體，而這種組織具有較高的機械性能。固定法是在一定時間內(nèi)利用不移動的火焰噴嘴，加熱不移動的工件的部分表面，待其達淬火溫度，然后立即冷卻。推進法是用具有一定移動速度的火焰噴嘴和冷卻裝置，沿不動或微動的工件依次進行加熱和冷卻。方式選擇:采用推進法，用兩支火焰噴嘴，成畸角之勢沿緩慢轉(zhuǎn)動((4560 r/min )的工件依次進行加熱，待表面加熱到淬火溫度時，立即冷卻。我們選用了乙炔—氧氣。操作:淬火前需做必要的準備工作，包括選擇整理場地，準備好淬火劑(我們采用的是循環(huán)水)，準備好工件淬火放置架，檢查氣瓶燃氣是否足夠，檢查所有氣路是否有漏氣現(xiàn)象(采用肥皂水檢查，禁止使用明火檢查方法)，各個方面檢查完畢后開始進行淬火:一人手持工件，放置在擱架上，按速度要求進行直線加熱，. 左右，然后把工件迅速垂直放置到循環(huán)水桶中進行冷卻，這就是表面淬火過程。 注意事項1火焰前進的速度必須均勻，同時必須保證火焰的穩(wěn)定。3加熱場地必須空氣流通，光線充足。 液力端失效原因分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計及新技術(shù)應用:①泵頭內(nèi)腔均受到泥漿和海水腐蝕介質(zhì)的侵蝕。由于泵頭一直處于平均壓力不為零的狀態(tài)下，使裂紋始終處于張開狀態(tài)，腐蝕介質(zhì)極易進人裂紋尖端，從而加速了腐蝕疲勞的擴展。 泵頭結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)以上研究結(jié)果，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時相貫線處應盡量以大圓角過渡，嚴格控制加工質(zhì)量，降低應力集中。 缸套磨損機理研究、結(jié)構(gòu)設(shè)計及表面處理技術(shù)的應用1. 磨損原因分析鉆井泵運行時，缸套內(nèi)壁與活塞外圓材料會產(chǎn)生磨粒磨損、粘著磨損，磨粒磨損是其主要磨損形式。石英是六方晶系的致密結(jié)晶體，硬度高達750一1300 H V。當犁溝尺寸較大時，高壓鉆井液將泄漏，并沖刷缸套內(nèi)壁，進而出現(xiàn)更嚴重的侵蝕條件下的三體硬粒磨損，使缸體、活塞、缸套在短期內(nèi)失效。缸套采用雙金屬制作，外套用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理獲得回火索氏體組織，具有較好的綜合性能。碳化物的折斷和脫落是缸套磨損失效的主要機制，為了提高缸套壽命，必須控制碳化物的折斷和脫落的速率，優(yōu)選合適的缸套表面硬度有效地提高高鉻鑄鐵套壽命。3. 表面處理技術(shù)因鉆井泵與泥漿接觸，在工作過程中一直承受著強烈的磨粒磨損，使其壽命極低，原材料大量消耗，生產(chǎn)設(shè)備工時嚴重浪費，維修費用大量增加和鉆井效率大幅度降低。目前我國石油工業(yè)有1000多支鉆井隊。鉆井泵修理工時約占1部鉆機總修理工時的1/2。因此，提高缸套的使用壽命，可大幅提高鉆井進尺。 效果分析表面淬火的泵軸淬層深度通過特定的方法(磨光側(cè)面，浸在4%的硝酸酒精溶液中腐蝕3 4min，分辨顏色)測量后，得出淬層深度在5mm以上，硬度可達HRC4248。要提高齒輪的疲勞強度和接觸強度，需要提高齒輪的抗彎能力，降低齒輪接觸應力，提高齒輪的表面強度。因此，抗彎能力強，接觸長度大的雙圓弧人字齒輪成為鉆井泵傳動齒輪的首選。圓弧齒輪齒面承載能力強，其接觸沿齒高為線接觸，當受載變形后為一塊接觸區(qū)面，接觸強度遠遠大于漸開線齒輪；圓弧齒輪在嚙合過程中，接觸點沿嚙合線作軸向移動，即齒面間相對滾動，這對建立油膜極為有利，較厚的油膜不僅可提高齒面的接觸強度，而且可減少摩擦磨損，提高傳動效率。柱塞在行腔內(nèi)采用兩道C形滑環(huán)式組合密封，能承受高壓，高溫度，低溫，耐磨，自潤滑，適用于水、水泥漿、砂漿、礦物油、酸、堿等各類介質(zhì)。第五章 泵的使用與維護泥漿泵用于各種壩基工程和各種加固工程中灌漿，是輸送水泥漿或水泥沙漿介質(zhì)的灌漿工程配套設(shè)備。泥漿泵為立式單作用柱塞泵，由單獨電動機驅(qū)動，電動機及泵體裝在同一個機架上，用三根B型三角皮帶將動力直接傳遞給泵從動皮帶輪，帶動主軸旋轉(zhuǎn)。缸套，柱塞，閥座，及鋼球是完成吸入及排出泥漿的部分。為觀察泵的吸排系統(tǒng)壓力，在空氣室上方安裝壓力表。泥漿泵本身為一個完整的體系，所有零部件全部安裝在底座上，將通過電機的回轉(zhuǎn)運動變成柱塞的往復運動，該泵在使用中不需另外安裝，可將泵放在平坦的地面上，不加任何固定就能開泵運轉(zhuǎn)使用。 2. 滾動軸承部分在連續(xù)運轉(zhuǎn)45天（每天24小時計算）應更換一次潤滑脂油。4. 經(jīng)常觀察和檢查各部件運轉(zhuǎn)情況，有無異常情況發(fā)生，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，立即 停泵檢查、排除。 6. 定期檢查各部件的緊固螺栓，有無松動，及時擰緊。1. 作業(yè)前，應使泵體垂直安置，泵殼應全部埋入泥漿中；若用于吸送泥塊，則應拆去泵蓋進口處的濾罩。若有不正常現(xiàn)象，應予排除。4. 在機組運轉(zhuǎn)過程中，應密切注意機組有無異常響聲和振動；檢查各軸承部位的溫度是否過高而燙手(一般溫升不宜超過35186。如有異?，F(xiàn)象應立即停機檢查，故障排除后方可繼續(xù)作業(yè)。泥漿泵是石油鉆探、興修水利中的常用機械，用于吸送河泥、鉆井，以提高作業(yè)效率和降低勞動強度。，可向箱內(nèi)加潤滑油，直到圓形塑料油標線為止。油位不得低于油標的中心高。，應檢查潤滑油的變化情況，潤滑油變質(zhì)、變臟，要及時更換。，可定時涂抹潤滑脂1. 電源接通后電動機不轉(zhuǎn)。排除方法：檢查線路有無斷路并接好；檢查葉輪運轉(zhuǎn)情況，清除葉輪處卡滯的雜物等。故障原因有：電動機轉(zhuǎn)子與定子碰擦；氣隙偏心，磁性吸力不均衡，伴有發(fā)熱和“嗡嗡”聲；電源電壓太低；軸承間有異物卡滯；葉輪輕度碰擦卡滯；電機軸、泵軸變形或同軸度超差；填料太緊等。3. 流量過小。排除方法：挖深泥潭，使泵殼全部沒入泥中，并清除吸泥口、輸泥管、葉輪處的雜物，修理或更換葉輪；減小揚程，縮短輸送距離等。故障原因有：泵與電機軸同軸度超差；軸承缺油或損壞；緊固螺母松動；葉輪碰擦泵殼；泵殼中有異物等。第六章柱塞泥漿泵的經(jīng)濟可行性分析該泥漿泵有一定的技術(shù)要求，所以必須通過專門的機械廠加工