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1、毕业设计（论文）开题报告机械与动力工程学院题目全液压往复泵设计与研究( 泵头设计） 学院2012年 3月 5日毕业设计 ( 论文 ) 开题报告1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析国内外研究现状分析：1. 国内钻井泵现状现代钻井技术的发展，对泥浆泵的工作能力提出了更高的要求。如：钻表层时需要泥浆泵有7.5711.36m3/min 的大排量；钻中深层或钻水平井时，为了便于排屑和减少井下事故，需要泥浆泵有较高排出泵压和较大排量；搬迁时尽量占用少的车次；海洋钻井平台要求泥浆泵占有空间小、质量轻；偏远地区的钻井作业承包商，要求泥浆泵在满足钻井作业要求的同时， 又能满足固井作业；在泥浆泵工作过程中液
2、压缸实现自动换向可以提高工作效率。2. 美国三缸钻井泵的现状a） 美国三缸单作用钻井泵系列美国钻井泵大量采用三缸单作用泵，生产厂家主要有LETOURNEAU ELLIS WILLIAMS公司、IDECO 公司、EMSCO 公司 NATINAL-OILWELL公司等， EMSCO 公司的设计技术已由我国宝鸡石油机械厂引进，并已形成F 系列泵。哥哥公司输入功率小于956kW（ 1300Hp）的产品自成系列， IDECO 公司为 T 系列、LEWCO 公司为 WH 系列、 NATIONAL-OILWELL公司 P 系列。b） 美国三缸单作用钻井泵的结构特点美国三缸泵的液力端，阀箱采用L 型，阀箱的吸
3、入阀和排出阀为分体结构。吸入阀采用螺纹压紧，其壳体与阀箱螺纹联接，球形吸入空气包。泵机座多为焊接结构，小齿轮用键固定在传动轴上，大齿轮套安装在曲轴上。曲轴采用直轴与偏心轮一起铸造的结构。采用双列向心球面调心轴承。十字头滑动面经表面淬火磨削。齿轮采用斜赤或无槽人字齿轮。为了加强易损件的呼唤，阀腔和活塞杆制定了相应的 API 标准。随机辅助工具齐全，有阀座液压拉拔器、液压拆卸器、缸套拆卸器等。c） 俄罗斯三缸钻井泵的现状俄罗斯三缸钻井泵起步较晚，发展较慢， 至今在钻井实践中，仍大量采用双缸泵。但其三缸泵已形成系列而且发展势头较快。如俄罗斯石油钻机主要生产厂家，乌拉尔重型机械制造联合公司疾患新建一个
4、生产三缸泵的专业化分厂，将生产整体人字齿轮。俄罗斯现有4 个功率级别的三缸泵，即，600、800、950 和 1180kW 。俄罗斯三缸泵的液力端，阀箱采用I 型直通式和 L 型，阀箱吸入阀和排出阀不是分体结构，而是一体式液力模块。L 型阀箱又有吸入阀在前、排出阀在后的常规性和吸入阀在后、排出阀在前的变L 型结构。吸入阀采用液力压紧装置，不依靠螺纹压紧，压紧装置内充满液压油，其壳体与阀箱螺纹联接。排出阀用冠形螺纹压盖压紧。阀盘以锥面和断 面和阀座接触，阀盘质量较轻，接触应力较小。阀胶皮保证可靠的密封。活塞缸套至 今有独特的水封装置，喷淋冷却管有铰链装置，可提高可靠性，减少机修世界和使用费 用。
5、喷淋泵的开关与钻井泵传动机组联锁，电动泵未起动，钻井泵不能起动，以保护主 泵。缸套采用离心浇铸的双金属毛坯活双金属轧制钢管制造。外层是中碳结构钢，内层 为高烙耐磨不锈钢。内层的金相组织委细针状马氏体和部分残余奥氏体。石油寿命为 500h 左右，最高可达 800900h 。研究目的及意义：现代泥浆泵已发展到大功率、大排量、高压力，但是做到这些还远远不够，为了适应深层油气井钻井的需要和投资回报最大化，应该最大限度的降低泥浆泵维护费用，并且延长易损件的寿命；钻中深层或钻水平井时，泥浆泵有较高排出泵压和较大排量便于排屑和减少井下事故；泥浆泵做占用的空间较小、质量较轻，搬迁时则能尽量占用少的车次，很大幅
6、度的减少物流费用；泥浆泵的设计关键在于实现液压缸的自动往复运动 , 液压缸的往复运动就需要一个自动换向机构 , 自动换向机构的性能好坏直接影响了泥浆泵的整体性能 , 因此要求换向机构结构简单 , 动作可靠 , 使用寿命长。目前三缸单作用往复泵多数采用呈 120连接，准确地讲，应该是三个缸的柱塞或活塞的相位差为 120 度：当第一个缸的柱塞或活塞相位在0 度时，第二个缸的柱塞或活塞在120 度，第三个柱塞或活塞的相位在240 度。相似于三相交流电的相位差。如此连接，主要是为了有效降低三缸单作用往复泵的流量脉动和压力脉动。因为单缸单作用往复泵的流量脉动率很高，流量峰值达到平均流量的 2.14 倍（
7、不考虑连杆比的影响） ，当流量较大时，容易引起管路振动。采用相位差为 120 度的三缸单作用往复泵连接方式，其流量峰值仅为平均流量的10%左右。下面提出一种利用液压缸两端缓冲缸密闭空间的高压油作为液控阀控制源的方案，如图所示，该换向机构能使液压泥浆泵系统换向平稳、可靠。如图 1 所示。该换向机构利用了缓冲缸原理。缓冲缸密闭空间高压油可直接作用液控阀，实现油路换向。主油路换向选用了二位四通液动换向阀。当液压缸活塞运动至缸两端时，活塞与缓冲缸形成的局部密封腔产生的高压油流控制液控阀实现换向。该换向机构的工作原理当液控换向阀处于图2 所示位置时液压缸正向右运动， 液压缸左端为高压腔， 右端为低压回油
8、腔； 在左端高压腔油的作用下，液控阀一直处于左位机能，液压缸活塞一直向右运动。当活塞运动到液压 缸右端时，活塞与右端缓冲缸形成了局部密闭空间； 在左端高压油的推动下，活塞继续向右运动，密闭 空间油液压力迅速升高，反作用于活塞，使活塞减速；当密闭空间油液压力升高到25MPa( 液控阀换向调定压力 ) 时，便推动液控阀阀芯至右位机能，则此后液压缸右腔为高压油腔，左腔为低压回油腔，液压缸向左运动；由于右端高压油的作用，液控阀一直处于右位机能，液压缸活塞一直向左运动。直至活塞运动到液压缸左端后由于活塞与左端缓冲缸形成的密闭空间里高压油的作用，活塞开始制动；当密闭空间内油液压力达到25MPa 时， 液控
9、阀由右位机能变为左位机能。此后液压缸左腔为高压油腔，右腔又成为低压回油腔，活塞又自左向右运动。液压泵不断地供油，则液压缸不断地往复运动。如上所述，在液压缸往复运动的过程中，密闭空间的高压油同时也起到了制动活塞的作用因而大大降低了由于活塞突然换向给系统带来的液压冲击。2. 本课题的任务、重点内容、实现途径本课题的任务：以 3NB-100 型泥浆泵参数为参考，设计一台由自动往复液压油缸驱动的泥浆泵， 并要求设计满足泥浆泵工况要求的液压泵站和往复运动机构及加压机构的试验台设 计。1、翻译一篇与泥浆泵相关的英文文献。2、设计泥浆泵的泵头，包括输出空气包设计。设计参数按国产3NB-100 型泥浆泵参数执
10、行。最好使用三维设计与分析。3、根据往复液压油缸的运动规律，设计及校核泵阀的结构与强度。4、泥浆泵缸套的结构设计，并制定更换缸套的工艺规程。图纸要求：泵头总装图 1 张， 1 号。泵缸体装配图 1 张， 3#。泥浆泵活塞零件图 1 张， 2#。泵阀零件图 1 张， 4#。5、编写计算说明书本课题的实现途径：1. 首先需要通过图书馆或者网络寻找相关于该课题的资料，例如与往复泵、石油 钻机相关的书籍文献。 此外还需要去了解与三维设计相关的， 与泵相关的等一系列有助于完成课题的线索提示。 而通过课题的说明以及任务要求， 我们必须明白该课题的目的及意义。2. 通过现场调研，学习研究学校石油实习基地的钻
11、机，完成其设计。3. 向同学和老师请教，熟练三维设计软件的应用，完成设备的三维建模。4. 为了确保全液压钻机的可靠性。系统方案确定后，对液压元件的选用，应进行广泛调研，通过综合对比分析，选用最优的元件毕业设计 (论文 )开题报告3. 完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法完成本课题所需工作条件：1. 大学所学的知识， 特别是专业课知识 ( 工程流体力学， 液压与气动传动， 流体机械等) 。2. 所学的课本、搜集到的资料、老师提供的参考资料。3.CATIA 三维设计软件，还有计算机，图书馆，网络资源等。完成本课题所需主要参考文献：1. 秦大同 ,谢里阳. 机械设计手册
12、 M. 化学工业出版社 ,2011 ， 20-642. 龙坤,唐俊. CATIA V5基础教程 M.清华大学出版社 ,2006.5 ，1-232 3. 宋锦春 . 液压与气压传动 M.科学出版社 ,2011.02 ， 5-404. 姚春冬 . 石油钻采机械 M.石油工业出版社 , 1994.7 ， 28-505. 姬忠礼 . 泵和压缩机 M.石油工业出版社 ,2008.1 ，36-806. 赫顿,Hutton,武建华. 有限元分析及计算应用 M.重庆大学出版社 ,2007 ，50-61 7. 孙松尧 . 钻井机械 M.石油工业出版社 , 2006.8 ，15-608. 殷树言 . CO2 焊接
13、设备原理与调试 M.机械工业出版社 , 2000.10 ， 42-699. 吴社强，杜愎刚 . 特种车辆 M.国防工业出版社 , 2006.5 ，23-5810. 李继志，陈荣振 .石油钻采机械概论 M. 中国石油大学出版社， 2006.1 ，153-18911. 刘济宁，曹丽平，杜之妍。石油钻井用泥浆泵的新发展J. 石油矿场机械2006，35（4）：49-5112. 张云霞，张金中 .往复泵的发展与展望 J.石油矿场机械2004，28（3）：19-2713. 梁华庆 . 往复式泥浆泵出口流量的一种非接触测量方法J.石油矿场机械2002，30（2）：21-2214. 王存洋， 刘银.液压缸驱动
14、式泥浆泵的研究 J.石油矿场机械 2004，18（ 6）：26-2915. 王新华，张永红等 . 液压驱动往复泵 中的液压冲击现 象分析 J. 石油矿场 机械2002，21（ 5）：53 -5516. 高学仕，房军，赵怀文 .一种新型的液压驱动往复泵 J.液压与气动 2001,6:40-41 17.Understand cavitation in reciprocating pumpsJHydrocarbon Processing(Mar 2006):1.解决办法：1. 熟练的掌握专业课方面的知识，熟悉软件的应用，合理借鉴别人的先进经验，充分利所有的资源。2. 通过查询资料了解该课题要哪些东西，以及要做如何做。3. 通过进一步的了解，对每个功能模块进行细化，将每一步都想清楚。制定出每一步的做法和注意的地方。4. 遇到自己难以解决的问题时要及时与老师联系，共同探讨解决方案。