畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 班 級(jí): 所在學(xué)院: 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè): 機(jī)械工程及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目:3NB—1300 鉆井泥漿泵——泵殼的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師: 完成時(shí)間: 年 4 月 20 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告班級(jí) 論文題目 3NB-1300 鉆井泥漿泵——泵殼的設(shè)計(jì)一、選題背景和意義:泥漿泵是在鉆井過程中,將泥漿加壓后攜帶出井底的巖屑和供給井底動(dòng)力鉆具的動(dòng)力,向井底輸送和循環(huán)鉆井液的往復(fù)泵。由于石油礦場(chǎng)上使用往復(fù)泵的條件十分惡劣,提高其易損件(泵閥,活塞和缸套)的工作壽命,成為泥漿泵設(shè)計(jì)、制造和使用中迫切需要解決的問題。近幾年,為了加快鉆井速度,降低鉆井成本,延長(zhǎng)鉆頭使用壽命,國(guó)內(nèi)外在泥漿泵的理論和試驗(yàn)研究、設(shè)計(jì)制造和選擇使用等方面做了許多工作,對(duì)鉆井泵進(jìn)行了多次改型換代,各種新型鉆井泵也不斷研制成功。但其基本結(jié)構(gòu)均未擺脫曲柄連桿機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)方式,在結(jié)構(gòu)上沒有根本變化,因而現(xiàn)有的鉆井泥漿泵不能完全滿足鉆井作業(yè)的需要,因而必須尋求具有更好工作性能和合理結(jié)構(gòu)的鉆井泵以滿足石油勘探開發(fā)使用的要求。隨著改革開放的深入及中國(guó)加入世貿(mào)組織,我國(guó)石油鉆井隊(duì)伍“充分利用國(guó)內(nèi)外兩種資源、兩個(gè)市場(chǎng)” ,實(shí)施走出去的戰(zhàn)略,進(jìn)入國(guó)際鉆井市場(chǎng),為了滿足參與國(guó)際市場(chǎng)的需要,中石油、中石化都在不斷加大鉆井設(shè)備的投入,同時(shí)加快老鉆井機(jī)的更新改造和新型輕便鉆井機(jī)研制步伐,加之國(guó)際市場(chǎng)對(duì)鉆井泵的需求增大,使得鉆井泵的供求矛盾更加突出,各類型鉆井泵的缺口每年達(dá) 200 臺(tái)左右?,F(xiàn)如今國(guó)內(nèi)外鉆井泥漿泵主要存在 5 方面的問題,即,鉆井泵質(zhì)量大,難以適應(yīng)現(xiàn)代輕便鉆機(jī)的要求,制約鉆機(jī)的移運(yùn)性;沖程短,沖次高。鉆井泵在不適合的沖次范圍內(nèi)工作,致使液力端壽命短;泵壓偏低,不能完全滿足現(xiàn)代鉆井工藝的需要;結(jié)構(gòu)不合理,部分強(qiáng)度冗余,部分剛度不足,可靠性低,難以滿足鉆井機(jī)高可靠性要求;缸套壽命短,難以滿足鉆機(jī)高效率要求。因此,合理降低泵的沖次,適當(dāng)增加泵的沖程長(zhǎng)度,既滿足鉆井過程中的排量要求,又能確保泵的自吸性能,充分發(fā)揮了泵的效能,成為今后鉆井泵的設(shè)計(jì)方向。二、課題關(guān)鍵問題及難點(diǎn):本題目將設(shè)計(jì)一臺(tái) 3NB-1300 鉆井泥漿泵。該泥漿泵主要由以下幾大部分組成:泵殼部分、鉆井泥漿泵的動(dòng)力部分(包括傳動(dòng)軸、主軸、齒輪副、連桿十字頭和中間拉桿等) 、鉆井泵的液力部分(包括缸蓋總成、凡爾總成、拉桿、活塞與缸套等)及潤(rùn)滑部分。本子題目將對(duì) 3NB-1300 鉆井泥漿泵的泵殼部分進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。泵殼部分主要包括一些泵殼底板、擋油板、定位板、放油管、油標(biāo)管、油池、軸承蓋、軸承座、支撐板等等一些部件。關(guān)鍵問題:關(guān)鍵問題是對(duì)鉆井泥漿泵的泵殼部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。根據(jù)以下數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)① 泵型:臥式三缸單作用② 輸入功率:956 千瓦③ 齒輪傳動(dòng)比:I=128/35=3.657④ 主動(dòng)軸額定轉(zhuǎn)速:437.77 轉(zhuǎn)/分⑤ 外形尺寸(長(zhǎng)*寬*高):5050*2406.5*2655⑥ 總質(zhì)量(包括皮帶輪、予壓空氣包和噴淋系統(tǒng)):22300Kg難點(diǎn)問題:鉆井泵一些主要參數(shù)的合理選擇隨著鉆井新工藝的不斷提高,鉆井泵進(jìn)一步向大功率、大排量和 高泵壓方向推進(jìn),作為鉆機(jī)“心臟”的鉆井泵,其性能水平和使用壽命同鉆井速度和生產(chǎn)成本有著直接關(guān)系,同時(shí)其工作條件又十分惡劣,工況也異常復(fù)雜,因此對(duì)鉆井泵的可靠性和安全性提出越來越高的要求,所以對(duì)鉆井泵的一些改造主要體現(xiàn)在對(duì)鉆井泵的一些主要參數(shù)的合理選擇上。這些主要的參數(shù)有:①泵的額定沖次 n,要求其沖次低但還可以提高泵吸入性能,延長(zhǎng)易損件的使用壽命。②泵的沖程長(zhǎng)度,要求在降低沖次的前提下適當(dāng)加長(zhǎng)沖程長(zhǎng)度,而且還可以進(jìn)一步改善其吸入性能。③正確設(shè)計(jì)吸入管線,保證吸入管線應(yīng)有足夠的液體,吸入系統(tǒng)應(yīng)絕對(duì)密封。④泵頭結(jié)構(gòu),由于泵頭內(nèi)腔受到泥漿和海水腐蝕介質(zhì)的侵蝕,往往造成泵頭失效,因此在設(shè)計(jì)時(shí)泵頭相貫線處應(yīng)盡量以大圓角過渡,嚴(yán)格控制加工質(zhì)量,降低應(yīng)力集中,疲勞腐蝕主要與環(huán)境特性相關(guān),可采用適當(dāng)?shù)谋砻鎻?qiáng)化工藝、表面涂鍍等工藝措施。⑤缸套的磨損問題,由于活塞在缸套中往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),堅(jiān)硬礦物粒子會(huì)對(duì)缸套內(nèi)壁產(chǎn)生犁耘刮擦的作用,產(chǎn)生拉傷犁溝。使缸體活塞缸套在短期內(nèi)失效。因此,缸套采用雙金屬制造,使其具有高的抗腐蝕性,抗研磨性,很好的磨合性及工作表面的高光滑度。三、調(diào)研報(bào)告(或文獻(xiàn)綜述):1.國(guó)內(nèi)鉆井泵現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)輕便鉆井泥漿泵功率在 956kw 以下,主要配套于 4km 以下鉆機(jī),因此,輕便鉆井泵的市場(chǎng)前景依從于 4km 以下鉆機(jī)的使用現(xiàn)狀和發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)擁有鉆機(jī) 1000 余臺(tái),占世界鉆機(jī)總量的32%,其中,中石油集團(tuán)公司就擁有 700 余臺(tái),因此,中石油集團(tuán)公司的鉆機(jī)情況基本反映了國(guó)內(nèi)鉆機(jī)的現(xiàn)狀。在中國(guó)石油集團(tuán)公司擁有的 700 余臺(tái)鉆機(jī)中,4kw 以下的鉆機(jī)占總量的 80%。平均新度系數(shù)僅為 0.4,其中,48%的鉆機(jī)新度系數(shù)小于 0.3,有 500 臺(tái)左右的鉆機(jī)服役 10a 以上,與之配套的鉆井泵相應(yīng)也需要更新。我國(guó)每年所鉆 4 以下的井?dāng)?shù)為總井?dāng)?shù)的 98.5%,4km 以下的進(jìn)尺為總進(jìn)尺的95.2%。2 美國(guó)三缸鉆井泵的現(xiàn)狀美國(guó)鉆井泵大量采用三缸單作用泵,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn):泵的液力端、閥箱采用 L 型,閥箱的吸入閥和排出閥為分體結(jié)構(gòu),吸入閥采用螺紋壓緊,其殼體與閥箱螺紋連接,球形吸入空氣包。泵機(jī)座多為焊接結(jié)構(gòu),小齒輪用鍵固定在傳動(dòng)軸上,大齒輪套安裝在曲軸上。曲軸采用直軸與偏心輪一起鑄造的結(jié)構(gòu)。采用雙列向心球面調(diào)心軸承。十字頭滑動(dòng)面經(jīng)表面淬火磨削。齒輪采用斜齒或無槽人字齒輪。為了加強(qiáng)易損件的互換,閥腔和活塞桿制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。隨機(jī)輔助工具齊全,有閥座液壓拉拔器液壓拆卸器、缸套拆卸器等。3 研究?jī)?nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)鉆井行業(yè)的發(fā)展方向是提高實(shí)效、降低成本和采用能夠降低成本的新工藝、新技術(shù)和新裝備。運(yùn)用高速、高壓噴射鉆井工藝是這一趨勢(shì)的必然選擇。高速由高可靠性的鉆機(jī)來保證,高壓噴射則由高可靠性的鉆井泵來保證。鉆井泵要適應(yīng)鉆井工藝技術(shù),特別是高壓噴射鉆井、近平衡鉆井、從式定向井、水平井等新工藝新技術(shù)的要求,將進(jìn)一步向大功率大排量和高泵壓方向推進(jìn),其性能水平和使用壽命直接影響鉆井速度和生產(chǎn)成本,同時(shí)作為野外重要設(shè)備,工作條件十分惡劣,工況也異常復(fù)雜,對(duì)鉆井泵的可靠性和安全性提出越來越高的要求。決定鉆井泵易損件壽命和工作效率的參數(shù)為泵沖次、沖程、排除壓力和吸入壓力。這些參數(shù)與有關(guān)壽命之間的關(guān)系是指數(shù)函數(shù)。實(shí)踐表明,鉆井泵80%的故障是由于缸套活塞組的磨損引起的。4 鉆井泵的發(fā)展趨勢(shì)多年來鉆井的實(shí)踐證實(shí),只有臥式活塞泵能滿足鉆井工藝要求,鉆井使用的活塞泵傳動(dòng)功率由3000kw到2000kw,最大排量8~50L∕s最小排量下的最高壓力為9~40Mpa.從排量的均衡性,對(duì)不同結(jié)構(gòu)泵的排量不均勻度進(jìn)行分析,結(jié)果表明,曲柄錯(cuò)角120°的三缸泵比其其他方曲柄錯(cuò)角等的多剛泵都有力;三缸以上的泵由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維修困難和易磨損而難以廣泛應(yīng)用。近年相繼開始研制出5缸、7缸斜盤型軸向柱塞泵、雙缸單作用液壓鉆井泵等新型鉆井泵,但由于維修不便及使用壽命等因素限制了其推廣應(yīng)用,所以目前國(guó)內(nèi)外鉆井泵的主要形式仍為三缸單作用往復(fù)泵。四、方案論證:泵殼的設(shè)計(jì)通過與其他一些系列的鉆井泵型號(hào)與參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,可以得出3NB—1300 鉆井泵沖程長(zhǎng)度長(zhǎng),額定沖次低,最高工作壓力大,外形尺寸大,并且質(zhì)量重。通過對(duì)鉆井泵工作原理及工作環(huán)境的了解,可以知道因鉆井泵與泥漿接觸,在工作過程中一直受著強(qiáng)烈的磨粒磨損,使其壽命低,原材料大量消耗,生產(chǎn)設(shè)備時(shí)嚴(yán)重浪費(fèi),維修費(fèi)用大量增加,鉆井效率大幅度降低,因此在對(duì)泵殼進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要將這些因素考慮在內(nèi),泵殼的設(shè)計(jì)要利于鉆井泵主要部件的拆卸,潤(rùn)滑以及維修,合理選用泵殼的材料,既要做到合理的經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)也要滿足一定的使用年限。用 AutoCAD2004 軟件畫出泵殼上一些泵殼底板、擋油板、軸承座等部件的平面圖形。用 Solid Works 軟件進(jìn)行泵殼上各個(gè)部件的三維造型。五、進(jìn)度安排:畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度表第 5、 6 周:畢業(yè)實(shí)習(xí)第 7、 8 周:調(diào)查研究,收集、查閱資料、資料翻譯,擬定方案、開題第 9、 10 周:對(duì) 3NB-1300 鉆井泥漿泵的泵殼進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并繪制草圖第 11、12 周:詳細(xì)設(shè)計(jì)泵殼的零部件,并繪制零件圖。第 13、14 周:詳細(xì)設(shè)計(jì)泵殼的零部件,繪制零件圖,并繪制總裝配圖和零部件圖第 15、16 周:對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算,撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書、第 17 周:畢業(yè)答辯六、指導(dǎo)教師意見:簽字: 年 月 日七、教研室(或開題審查小組)意見:簽字: 年 月 日注:不夠可以加附頁 教務(wù)處制