畢業(yè)設(shè)計開題報告學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 班 級： 所在學(xué)院： 機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械工程及其自動化 設(shè)計題目：3NB—1300 鉆井泥漿泵——泵殼的設(shè)計指導(dǎo)教師： 完成時間： 年 4 月 20 日 畢業(yè)設(shè)計開題報告班級 論文題目 3NB-1300 鉆井泥漿泵——泵殼的設(shè)計一、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力鉆具的動力，向井底輸送和循環(huán)鉆井液的往復(fù)泵。由于石油礦場上使用往復(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、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，延長鉆頭使用壽命，國內(nèi)外在泥漿泵的理論和試驗研究、設(shè)計制造和選擇使用等方面做了許多工作，對鉆井泵進(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加入世貿(mào)組織，我國石油鉆井隊伍“充分利用國內(nèi)外兩種資源、兩個市場” ，實施走出去的戰(zhàn)略，進(jìn)入國際鉆井市場，為了滿足參與國際市場的需要，中石油、中石化都在不斷加大鉆井設(shè)備的投入，同時加快老鉆井機的更新改造和新型輕便鉆井機研制步伐，加之國際市場對鉆井泵的需求增大，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 臺左右。現(xiàn)如今國內(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)代輕便鉆機的要求，制約鉆機的移運性；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，部分強度冗余，部分剛度不足，可靠性低，難以滿足鉆井機高可靠性要求；缸套壽命短，難以滿足鉆機高效率要求。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)計方向。二、課題關(guān)鍵問題及難點：本題目將設(shè)計一臺 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、鉆井泥漿泵的動力部分（包括傳動軸、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）及潤滑部分。本子題目將對 3NB-1300 鉆井泥漿泵的泵殼部分進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計。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)鍵問題是對鉆井泥漿泵的泵殼部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。根據(jù)以下數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計① 泵型：臥式三缸單作用② 輸入功率：956 千瓦③ 齒輪傳動比：I=128/35=3.657④ 主動軸額定轉(zhuǎn)速：437.77 轉(zhuǎn)/分⑤ 外形尺寸（長*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“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，同時其工作條件又十分惡劣，工況也異常復(fù)雜，因此對鉆井泵的可靠性和安全性提出越來越高的要求，所以對鉆井泵的一些改造主要體現(xiàn)在對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，延長易損件的使用壽命。②泵的沖程長度，要求在降低沖次的前提下適當(dāng)加長沖程長度，而且還可以進(jìn)一步改善其吸入性能。③正確設(shè)計吸入管線，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)計時泵頭相貫線處應(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)谋砻鎻娀に嚒⒈砻嫱垮兊裙に嚧胧?。⑤缸套的磨損問題，由于活塞在缸套中往復(fù)運動時，堅硬礦物粒子會對缸套內(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)研報告（或文獻(xiàn)綜述）：1.國內(nèi)鉆井泵現(xiàn)狀國內(nèi)輕便鉆井泥漿泵功率在 956kw 以下，主要配套于 4km 以下鉆機，因此，輕便鉆井泵的市場前景依從于 4km 以下鉆機的使用現(xiàn)狀和發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，我國擁有鉆機 1000 余臺，占世界鉆機總量的32%，其中，中石油集團(tuán)公司就擁有 700 余臺，因此，中石油集團(tuán)公司的鉆機情況基本反映了國內(nèi)鉆機的現(xiàn)狀。在中國石油集團(tuán)公司擁有的 700 余臺鉆機中，4kw 以下的鉆機占總量的 80%。平均新度系數(shù)僅為 0.4，其中，48%的鉆機新度系數(shù)小于 0.3，有 500 臺左右的鉆機服役 10a 以上，與之配套的鉆井泵相應(yīng)也需要更新。我國每年所鉆 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 美國三缸鉆井泵的現(xiàn)狀美國鉆井泵大量采用三缸單作用泵，其結(jié)構(gòu)特點：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。泵機座多為焊接結(jié)構(gòu)，小齒輪用鍵固定在傳動軸上，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 研究內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)鉆井行業(yè)的發(fā)展方向是提高實效、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。運用高速、高壓噴射鉆井工藝是這一趨勢的必然選擇。高速由高可靠性的鉆機來保證，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)展趨勢多年來鉆井的實踐證實，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，曲柄錯角120°的三缸泵比其其他方曲柄錯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)計通過與其他一些系列的鉆井泵型號與參數(shù)進(jìn)行對比，可以得出3NB—1300 鉆井泵沖程長度長，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)備時嚴(yán)重浪費，維修費用大量增加，鉆井效率大幅度降低，因此在對泵殼進(jìn)行設(shè)計時要將這些因素考慮在內(nèi)，泵殼的設(shè)計要利于鉆井泵主要部件的拆卸，潤滑以及維修，合理選用泵殼的材料，既要做到合理的經(jīng)濟性，同時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)行泵殼上各個部件的三維造型。五、進(jìn)度安排：畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度表第 5、 6 周：畢業(yè)實習(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 3NB-1300 鉆井泥漿泵的泵殼進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計并繪制草圖第 11、12 周：詳細(xì)設(shè)計泵殼的零部件，并繪制零件圖。第 13、14 周：詳細(xì)設(shè)計泵殼的零部件，繪制零件圖，并繪制總裝配圖和零部件圖第 15、16 周：對關(guān)鍵部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計計算，撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書、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