3NB-1300钻井泥浆泵动力端系统的设计(含CAD图纸和说明书)
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毕业设计开题报告
学生姓名:
班 级:
所在学院: 机电工程学院
专 业: 机械工程及其自动化
设计题目: 3NB—1300钻井泥浆泵
—动力端系统的设计
指导教师:
完成时间:
班级:
论文题目
3NB—1300钻井泥浆泵—动力端系统的设计
一、选题背景和意义:
随着改革开放的深入及中国加入世贸组织,我国石油钻井队伍“充分利用国内外两种资源、两个市场”,实施走出去的战略,进入国际钻井市场,为了满足参与国际市场的需要,中石油、中石化都在不断加大钻井设备的投入,同时加快老钻井机的更新改造和新型轻便钻井机研制步伐,加之国际市场对钻井泵的需求增大,使得钻井泵的供求矛盾更加突出,各类型钻井泵的缺口每年达200台左右。
根据2000年的统计,中国拥有钻机1000余台,占世界钻机总量的32%,其中中石油集团公司拥有702台,因此,中石油集团公司的钻机的情况基本反映了国内钻机的现状,然而国内生产钻井泵的企业由于各自产品为多年前开发,结构不尽合理,难以满足现代钻井工艺的要求,其缺点主要是①钻井泵质量大,难以适应现代轻便钻机的要求,制约钻机的移运性;②冲程短,冲次高。钻井泵在不适合的冲次范围内工作,致使液力端寿命短;③泵压偏低,不能完全满足现代钻井工艺的需要;④结构不合理,部分强度冗余,部分刚度不足,可靠性低,难以满足钻井机高可靠性要求;⑤缸套寿命短,难以满足钻机高效率要求。
目前国内外钻井泵的主要形式仍为三缸单作用往复泵,为了适应现代钻井工艺的要求,合理降低泵的冲次,适当增加泵的冲程长度,既满足钻井过程中的排量要求,又能确保泵的自吸性能,充分发挥了泵的效能,成为今后钻井泵的设计方向。
二、课题关键问题及难点:
本题目将设计一台3NB-1300钻井泥浆泵。该泥浆泵主要由以下几大部分组成:泵壳部分、钻井泥浆泵的动力部分(包括传动轴、主轴、齿轮副、连杆十字头和中间拉杆等)、钻井泵的液力部分(包括缸盖总成、凡尔总成、拉杆、活塞与缸套等)及润滑部分,本子题目将对3NB-1300钻井泥浆泵的动力端系统进行详细的设计,往复泵的动力端是将传动轴的旋转运动变为活塞的往复运动,同时对旋转运动作必要的减速的机构,其动力端主要包括:传动轴、主轴、齿轮副、连杆十字头和中间拉杆等几部分。
关键问题:对钻井泥浆泵的动力端系统进行详细设计。
根据以下数据进行设计
① 泵型:卧式三缸单作用
② 输入功率:956千瓦
③ 齿轮传动比:I=128/35=3.657
④ 主动轴额定转速:437.77转/分
⑤ 外形尺寸(长*宽*高):5050*2406.5*2655
⑥ 总质量(包括皮带轮、予压空气包和喷淋系统):22300Kg;
难点:钻井泵动力端各部分零件的润滑问题及动力端常见故障及处理。
由于钻井泵工作条件十分恶劣,工况也异常复杂,因此对钻井泵的可靠性和安全性提出越来越高的要求,钻井泵长时间工作在这种恶劣的环境中,钻井泵各个组成零部件都需要保证足够的润滑,使其能够满足工作需要。
动力端各部分零件的润滑:对动力端进行润滑时,必须采用粘度合适而且清洁的油,根据目前市场上油料情况,冬夏季均可采用14号柴油机油,要坚持每天检查油底壳油面,发现油面过低时应添足,并找出漏油部位,加以堵漏。每班要检查各连接螺钉紧固程度,发现松动时,要立即上紧。要经常检查各轴承的温度,采用黄油润滑部位,要坚持每周打黄油,每次打黄油时,要先将黄油嘴上的污垢清除干净。润滑油池的机油没工作1000小时就要换新油,而且应在泥浆泵刚刚停下来,油还是热的情况下进行换油。吸入滤清器和磁力滤清器在换油时进行清洗,排出管路上的另一个滤清器,每工作300小时清洗一次。机油压力表所指示的压力,应在各个泵规定的范围内。
动力端常见故障及处理:往复泵动力端的故障往往都伴随着出现不正常的响声,如果是新泵或者是刚刚大修过的泵,工作响声很大,多是安装和制造质量问题。对于工作过一段时间的泵来说,动力端出现不正常的响声,说明该泵动力端一定有故障,为了判断和排除这些故障,首先要进行泵的外部检查,如:检查十字头部分,检查连杆部分,若通过检查均无故障,运转泵以后响声依然不正常,则就应该检查液力端了。
三、调研报告(或文献综述):
1、钻井泵的发展趋势
多年来钻井的实践证实,只有卧式活塞泵能满足钻井工艺要求,钻井使用的活塞泵传动功率由300kw到2000kw,最大排量8~50L∕s最小排量下的最高压力为9~40Mpa.从排量的均衡性,对不同结构泵的排量不均匀度进行分析,结果表明,曲柄错角120°的三缸泵比其其他方曲柄错角等的多刚泵都有力;三缸以上的泵由于结构复杂,维修困难和易磨损而难以广泛应用。近年相继开始研制出5缸、7缸斜盘型轴向柱塞泵、双缸单作用液压钻井泵等新型钻井泵,但由于维修不便及使用寿命等因素限制了其推广应用,所以目前国内外钻井泵的主要形式仍为三缸单作用往复泵。
2、俄罗斯三缸钻井泵的现状
俄罗斯三缸泵的液力端,阀箱采用I型直通式和L型,阀箱的吸入阀和排出阀不是分体结构,而是一体式液力模块,吸入阀采用液力压紧装置,不靠螺纹压紧,压紧装置内充满液压油,其壳体与阀箱螺纹连接。排出阀用冠形螺纹压盖压紧,活塞与缸套间有独特的水封装置,喷淋冷却管有铰链装置,可以提高可靠性,减少机修时间和使用费用。缸套采用离心浇铸的双金属毛坯或双金属轧制钢管制造,动力端机座有铸件和焊接件,传动采用小螺旋角斜齿轮传动和款槽人字齿轮,曲轴是由铸造的偏心轮套在直轴上组成的,采用双列圆锥滚子轴承。十字头滑动面井表面淬火磨削,总的来说,俄罗斯三缸泵易损件的使用寿命较低,与先进水平相比,尚有不小差距,然而,由于其三缸泵多数运转速度较小,而且传动可以调速,因此,泵的功率发挥较好。
3、研究内容与关键技术
钻井行业的发展方向是提高实效、降低成本和采用能够降低成本的新工艺、新技术和新装备。运用高速、高压喷射钻井工艺是这一趋势的必然选择。高速由高可靠性的钻机来保证,高压喷射则由高可靠性的钻井泵来保证。钻井泵要适应钻井工艺技术,特别是高压喷射钻井、近平衡钻井、从式定向井、水平井等新工艺新技术的要求,将进一步向大功率大排量和高泵压方向推进,其性能水平和使用寿命直接影响钻井速度和生产成本,同时作为野外重要设备,工作条件十分恶劣,工况也异常复杂,对钻井泵的可靠性和安全性提出越来越高的要求。决定钻井泵易损件寿命和工作效率的参数为泵冲次、冲程、排除压力和吸入压力。这些参数与有关寿命之间的关系是指数函数。实践表明,钻井泵80%的故障是由于缸套活塞组的磨损引起的。
四、方案论证:动力端系统的设计
查阅相关资料,弄清楚钻井泵动力端系统的基本结构,查阅得动力端系统由传动轴、主轴、齿轮副、连杆十字头和中间拉杆等几部分组成。
在弄清楚动力端系统的基本结构的基础上,查阅相关工具书得知泥浆泵动力端因主轴对连杆相互位置的不同壳分为两大类,有曲柄轴的结构和有偏心轮的结构,有曲柄轴的结构中,曲柄轴上用键装着可拆卸的曲柄,这种结构比较坚固,但存在着一定的缺点,由于齿轮和曲柄销之间,要装两副轴承和曲柄夹板,致使两个液缸中心距增大,从而增加了泵的宽度和重量。有偏心轮的结构中,连杆是由主轴上的偏心轮带动的,这种结构使液缸中心距缩短到最小,因此大大减少了泵的宽度和重量,主轴承上的负荷也较第一种结构小,这种结构的强度最好,工作可靠,维修方便,但制造较复杂,而且需要大直径的滚动轴承,但随着大直径滚动轴承的解决,这一结构得到了非常广泛的应用。
用AutoCAD2004软件画出动力端系统的平面图形。
用Solid Works软件进行动力端系统各个部分的三维造型。
五、进度安排:
第5、 6 周:毕业实习
第7、 8 周:调查研究,收集、查阅资料、资料翻译,拟定方案、开题
第9、 10 周:对3NB-1300钻井泥浆泵的泵壳进行总体结构设计并绘制草图
第11、12 周:详细设计泵壳的零部件,并绘制零件图。
第13、14周:详细设计泵壳的零部件,绘制零件图,并绘制总装配图和零部件图
第15、16周: 继续绘制总装配图和零部件图
第17、18周:对关键部件进行详细的设计计算,撰写毕业设计说明书
第19周:毕业答辩
六、指导教师意见:
签字: 年 月 日
七、教研室(或开题审查小组)意见:
签字: 年 月 日
注:不够可以加附页 教务处制
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