固井泵動力端開題報告

1、牛逼大學畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目 名 稱 固井泵動力端設(shè)計 院 （系） 機械工程學院 專 業(yè) 班 級 學 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 輔 導(dǎo) 教 師 開題報告日期 固井泵動力端設(shè)計學 生: 劉山，機械工程學院指導(dǎo)老師：范成枝，機械工程學院1.題目來源題目來源于生產(chǎn)實際。2.研究的目的和意義2.1固井泵動力端設(shè)計的目的固井作業(yè)是油田施工作業(yè)中必不可少的組成部分之一。固井泵主要用于油氣田深井、中深井、淺井的各種固井作業(yè)，固井設(shè)備的性能和工作好壞是直接影響油井固井質(zhì)量的重要因素。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)場對往復(fù)泵提出了更高的要求，主要是高壓力、大排量、體積小、重量輕、易維護、成本低。近年來，特別是三缸單

2、作用柱塞泵在雙機雙泵固井水泥車上的應(yīng)用，對減小柱塞泵體積和重量，提高其易損件的工作壽命等提出了更高的要求，這是往復(fù)泵設(shè)計制造中迫切需要解決的重要問題之一。由于各種原因，國產(chǎn)固井泵的設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展較慢，使得國產(chǎn)固井泵因品種規(guī)格少，部分零部件可靠性不高、使用功能單一而不能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要，并成為制約固井設(shè)備發(fā)展的主要因素。針對這一現(xiàn)狀開展固井泵產(chǎn)品設(shè)計具有一定的現(xiàn)實意義。本設(shè)計將通過廣泛查閱、檢索國內(nèi)外文獻資料，全面系統(tǒng)地了解、掌握和分析國內(nèi)外固井泵的技術(shù)發(fā)展水平，找到國內(nèi)固井泵存在的主要問題和發(fā)展方向。在此基礎(chǔ)上，提出切實可行的設(shè)計方案。然后通過開展固井泵工作機理、結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)理論研究， 設(shè)計

3、過程中，將傳統(tǒng)設(shè)計方法與現(xiàn)代設(shè)計方法相結(jié)合，在現(xiàn)在固井泵的研究成果基礎(chǔ)上，開展固井泵關(guān)鍵件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和理論計算，重點解決動力端體積較大，不便于車臺布置等問題。3.閱讀的主要參考文獻及資料名稱1華中理工大學 朱俊華 甘肅工業(yè)大學 戰(zhàn)長松合編.往復(fù)泵.機械工業(yè)出版社.1992.2沈雪海.往復(fù)泵設(shè)計.機械工業(yè)出版社.1987.3成大先.機械設(shè)計手冊（第四版 第2卷）.化學工業(yè)出版社.2004.4萬邦烈.采油機械的設(shè)計計算.石油工業(yè)出版社.1994.5華中理工大學 朱俊華.往復(fù)泵及其他類型泵.機械工業(yè)出版社.1982.6葉偉昌.機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊（上冊）.機械工業(yè)出版社.2005.7江漢石油

4、管理局鉆采設(shè)備研究所.石油鉆采配件及專用工具圖冊（第四分冊、第7分冊）.石油工業(yè)出版社.1982.8西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室 編著 濮良貴 紀名剛 主編.機械設(shè)計（第七版）高等教育出版社.20019劉鴻文.簡明材料力學.高等教育出版社.1997.10曾興昌.HQ1400型壓裂泵動力端分析與設(shè)計.西南石油大學.2006.11工程設(shè)計制圖教材編寫組.工程設(shè)計制圖.西南石油大學.2002.12陳如恒，沈家駿.鉆井機械的設(shè)計計算.石油工業(yè)出版社.1995.13華東石油學院礦機教研室石油鉆采機械石油工業(yè)出版社.198014 J. L. shigley.Mechanical Enginerin

5、g Design.3rd ed.McGraw-Hi 11, NewYork, 499715 E. V. Krick,An Introduction to Engineering and Engineers. Two Pennsylvania Plaza, New York, 1967.16 Fatigue Design Handbook. Society of Automotive Engineers. Two Pennsylvania Plaza, New York, N. Y,1968.17華東石油學院礦機教研室編石油鉆采機械石油工業(yè)出版社：198018沈?qū)W海鉆井往復(fù)泵原理與設(shè)計機械工業(yè)出

6、版社4.國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向HT-400固井泵 1.型號 HT-400泵是固井行業(yè)應(yīng)用最廣泛的高壓泵，效率高達95.7。2.最大工作壓力HFT-400泵4.5液力端的最高工作壓力是11,200PSI (77.2兆帕)，在此壓力最高排量取決于引擎馬力，變速箱傳動效率以及其他損耗，估計排量為1.1bpm (0.17M3/Min)。3.最大排量HT-400泵4.5(114.3MM) 液力端最大排量為10.5桶/分 (1.67方/分) ，雙泵 量可達到21.0bpm (3.34M3/Min) 。 4.柱塞直徑活塞直徑是4.5(114.3MM)5.沖程沖程長度為8(203MM)6.傳動齒

7、輪T-400傳動系統(tǒng)為鋼制的蝸桿減速器和青銅渦輪組成, 減速比為8.6:1。7.最大輸入速度HFT-400泵的最大軸輸入速度為2,300轉(zhuǎn)/分。8.液力端類型HT-400泵的液力端是由三個分離的但又完全相同的液力端組成，但每段都采 用預(yù)應(yīng)力處理以沿長其疲勞壽命。9.排出端接口每臺泵的出口為31502絲扣接頭，以及一個3到2變扣 50型活動接頭。10.動力端的潤滑動力端的潤滑是由直接安在HFT-400泵齒輪上的內(nèi)齒輪泵來進行。液力端的潤滑對內(nèi)部的運動部分都進行壓力下的強制潤滑。11.液力端的潤滑液力端的密封圈和柱塞的潤滑都由安在外部的氣動潤滑系統(tǒng)對每個液力端進行噴流潤滑。圖1.1 HT400三缸

8、柱塞泵動力 圖1.2HT400三缸柱塞泵動力端（二） 動力端分析圖1.3 HT400三缸柱塞泵液力端保證蝸輪副準確嚙合。曲軸用鍛鋼制造，有四個滾子軸承支承。連桿采用鍛造鋁合金制作，大頭為剖分式。鑲有剖分青銅軸瓦，小頭壓入青銅襯套，磨損后可更換；十字頭為鑄鋼加工件，上下表面裝有可卸錫青銅滑履，上下導(dǎo)板為鑄鋼件，十字頭在導(dǎo)板中運動的徑向間隙為0.1520.203mm,由十字頭滑板下的調(diào)節(jié)墊調(diào)整。HT400型泵的液力端有五種尺寸規(guī)格，分別是用于五種柱塞直徑，有三個完全相同的單個泵頭用螺栓組合于機架上。泵頭毛坯是多向模鍛件，閥箱內(nèi)腔經(jīng)過自增強處理；柱塞基體材料是退火處理的優(yōu)質(zhì)剛，空心柱塞，通過彈性桿穿

9、過內(nèi)孔于十字頭相連；泵閥為雙向?qū)чy，鍛鋼件，表面滲碳淬火，閥座于閥箱的配合錐度1：8，自鎖性好。近幾年, 由于國內(nèi)主要制造廠家的技術(shù)進步，國產(chǎn)固井泵的設(shè)計制造水平有了長足的發(fā)展。我國固井泵的制造工藝和產(chǎn)品質(zhì)量有很大提高,產(chǎn)品的類型和設(shè)備的性能基本上可以滿足鉆井工程的需要。 其中，生產(chǎn)固井泵的廠家主要有：華北石油管理局石油機械廠產(chǎn)品、第四石油機械廠、大港油田集團有限責任公司機械廠。下面對這些廠的產(chǎn)品作一簡要介紹。4.1華北石油管理局石油機械廠產(chǎn)品圖1 700型固井水泥車700型固井水泥車是在卡車上裝有一臺臥式三缸單作用柱塞泵的注水泥漿的設(shè)備。柱塞泵由車臺上一臺柴油機驅(qū)動?？ㄜ嚥裼蜋C在固井作業(yè)時不

10、工作。該設(shè)備配有高能混漿系統(tǒng)，具有再循環(huán)水泥漿的功能，整車設(shè)備操作由電路系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，氣壓系統(tǒng)及機械傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)。均集中于控制臺上，由一人完成，操作方便可靠，自動化程度高。該設(shè)備主要用于油氣田深井、中深井、淺井的各種固井作業(yè)，可完成自制水泥漿、注水泥、替泥漿、碰壓等工作。也可用于洗井和一般淺井的壓裂施工。4.2第四石油機械廠的產(chǎn)品圖2 橇裝式固井設(shè)備橇裝式固井設(shè)備是在橇架上布置的固井作業(yè)裝置，主要由發(fā)動機、液力機械傳動箱、臥式三缸柱塞泵、混漿系統(tǒng)、管匯系統(tǒng)和液氣路控制系統(tǒng)組成，有單機單泵和雙機雙泵兩種形式，混漿系統(tǒng)可選噴射式混漿方式和托拉多混漿方式，控制方式可選手動控制、ACM密度自動控制

11、系統(tǒng)。該產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)布局緊湊，占地空間小，吊裝移運方便等特點，適應(yīng)海洋、沙漠、灘涂以及井場作業(yè)空間狹小等油田的固井作業(yè)。第四石油機械廠為海洋油田設(shè)計的系列海洋固井橇采用特殊的防腐、防爆處理，滿足海洋平臺作業(yè)的特殊要求。圖3 YLC105-1340固井壓裂泵車YLC105-1340型固井壓裂泵車主要適用于油氣田深井、中深井、淺井的各種固井壓裂泵液注壓作業(yè)，其主泵為3ZB-1340三缸柱塞泵，最高壓力可達105MPa。整機主要由底盤、車臺發(fā)動機、液力傳動箱、三缸柱塞泵、高低壓管匯及操作控制系統(tǒng)組成。適應(yīng)不同類型液體的泵送作業(yè)，包括：帶支撐劑壓裂液的水力壓裂、酸化壓裂、高壓泵入不同液體（液體、混合液

12、）以及壓力測試等；采用遠程控制箱、儀表車或網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，保證了壓裂施工的安全性和可靠性；設(shè)有雙重超壓保護裝置4.3大港油田集團有限責任公司機械廠產(chǎn)品圖4 500型壓裂車主要用于油田固井作業(yè)，可進行：施工井口管匯試壓；混合并向井筒壓注水泥；壓注水泥（用鉆井泥漿替水泥漿）；計量向井筒中壓注的泥漿液；進行碰壓。本產(chǎn)品是以載重汽車為安裝機座的移運式壓裂設(shè)備，具有良好的越野、行駛性能。以裝置于臺上的柴油發(fā)動機產(chǎn)生動力，由傳動系統(tǒng)通過液力機械變速器、傳動箱驅(qū)動三缸泵工作。車上還裝有控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、吸入及排出管線、水箱等主要部件,可滿足油田壓裂作業(yè)單機或多機聯(lián)合作業(yè)的要求。500型壓裂車(作業(yè)車)是以載

13、重汽車為安裝基座的移動式泵注設(shè)備(也可為撬裝形式)。本產(chǎn)品主要由以下部件組成：運載汽車、柴油機裝置、機械變速箱、減速箱、壓裂泵、操作系統(tǒng)、電器儀表系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、吸入和排出系統(tǒng)。選裝斯泰爾64、北方奔馳載重汽車底盤，可以按照用戶要求配置其他64載重汽車底盤、拖車底盤，也可以是撬裝形式。 5.主要研究內(nèi)容、需重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路主要研究內(nèi)容1、通過本次設(shè)計掌握機械產(chǎn)品設(shè)計的原則、過程及理論方法 。2、完成400型固井泵動力端結(jié)構(gòu)設(shè)計。 3、完成400型固井泵動力端裝配圖圖紙和部分零件圖圖紙（圖紙量合計不少于2張半零號圖紙）。4、完成研究報告（包括國內(nèi)外現(xiàn)狀調(diào)研、方案設(shè)計、設(shè)計計算說明書）

14、。 5、完成相關(guān)資料的翻譯。性能參數(shù)本次設(shè)計的理論參數(shù)是根據(jù)現(xiàn)場固井泵使用要求制定的。產(chǎn)品應(yīng)達到如下性能參數(shù)：最大輸入功率：208kW最大輸入轉(zhuǎn)速: 362 r/min柱塞沖數(shù)：8.3沖程長度：152.4mm最高工作壓力：40MPa 柱塞直徑：100mm柱塞數(shù)：3標準產(chǎn)品應(yīng)符合中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準；石油化工往復(fù)泵工程技術(shù)規(guī)定 設(shè)計計算方法產(chǎn)品設(shè)計中采用的理論計算方法應(yīng)符合“機械設(shè)計”、“機械零件“機械設(shè)計手冊”的設(shè)計計算方法。 理論依據(jù)設(shè)計中將參考以下文獻作為設(shè)計理論依據(jù)：陳如恒，沈家駿.鉆井機械的設(shè)計計算.石油工業(yè)出版社.1995.華東石油學院礦機教研室石油鉆采機械石油工業(yè)出版社

15、.1980.成大先.機械設(shè)計手冊（第四版 第2卷）.化學工業(yè)出版社.2004.技術(shù)路線本設(shè)計將綜合運用現(xiàn)代機械設(shè)計理論與方法、機械設(shè)計、機械原理等多學科知識，采用理論分析、計算和計算機繪圖相結(jié)合的方法開展固井泵動力端的研究工作。將傳統(tǒng)設(shè)計方法與現(xiàn)代設(shè)計方法有機結(jié)合，首先從調(diào)研和資料收集著手，廣泛調(diào)研國內(nèi)外固井泵動力端的相關(guān)文獻資料，弄清國內(nèi)外固井泵動力端的技術(shù)現(xiàn)狀及下一步的發(fā)展方向；在此基礎(chǔ)上，深入開展產(chǎn)品機理研究，對固井泵動力端的工作特性、運動規(guī)律和受力狀況進行較為全面和系統(tǒng)的認識，為下一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論依據(jù)；通過對國內(nèi)外固井泵結(jié)構(gòu)和性能進行比較和多個設(shè)計方案對比論證，根據(jù)實際需要提出技

16、術(shù)可行、結(jié)構(gòu)先進的固井泵動力端設(shè)計方案和技術(shù)參數(shù)；采用計算機輔助設(shè)計（ CAD）方法，對主要零部件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。最終設(shè)計出結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)良、可靠性好的固井泵動力端產(chǎn)品，以滿足高速發(fā)展的現(xiàn)代固井工業(yè)的需要。 本次設(shè)計的技術(shù)路線：國內(nèi)外市場調(diào)研及現(xiàn)狀分析固井泵動力端工作原理分析固井泵動力端結(jié)構(gòu)方案設(shè)計固井泵動力端理論設(shè)計計算固井泵動力端結(jié)構(gòu)設(shè)計繪制圖紙、撰寫論文?？尚行苑治?固井作業(yè)是油田施工作業(yè)中必不可少的組成部分之一。固井泵主要用于油氣田深井、中深井、淺井的各種固井作業(yè)，固井設(shè)備的性能和工作好壞是直接影響油井固井質(zhì)量的重要因素，我國科學工作者在實驗研究、理論研究方面作了大量的工作，已取得了大

17、量成果。本設(shè)計通過收集、查閱資料，在現(xiàn)有固井泵的研究基礎(chǔ)上開展400型固井泵動力端的設(shè)計工作是可行的。技術(shù)難點傳統(tǒng)固井泵體積龐大笨重，不宜在車臺上安裝，如何減小固井泵體積，合理設(shè)計動力端結(jié)構(gòu)是本設(shè)計中的難點和關(guān)鍵點。同時，由于柱塞泵的設(shè)計理論還不完善，對關(guān)鍵零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定還沒有具體的方法，因此，關(guān)建零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定也是是本設(shè)計中的難點和關(guān)鍵點之一。6.完成畢業(yè)設(shè)計所必須具備的工作條件（如工具書、計算機輔助設(shè)計、某類市場調(diào)研、實驗設(shè)備和實驗環(huán)境條件等）及解決的辦法6.1 必須具備的條件 （1）設(shè)計中需要參考大量的有關(guān)機械設(shè)計的參考書，其中主要用到的書目如下：機械設(shè)計、機械原理、機械設(shè)計手冊、互換性與技術(shù)測量、加工技術(shù)與裝備 （2）需要掌握加工機械，傳動裝置的設(shè)計相關(guān)知識 （3）保證足夠的上機時間 （4）熟悉使用CAD,，ANSYS等畫圖