直驅(qū)式螺桿泵驅(qū)動裝置設(shè)計（優(yōu)秀含CAD圖紙+設(shè)計說明書）

直驅(qū)式螺桿泵驅(qū)動裝置設(shè)計（優(yōu)秀含CAD圖紙+設(shè)計說明書）,直驅(qū)式,螺桿,驅(qū)動,裝置,設(shè)計,優(yōu)秀,優(yōu)良,cad,圖紙,說明書,仿單 本科畢業(yè)設(shè)計 開題報告 題 目直驅(qū)式螺桿泵驅(qū)動裝置設(shè)計 一、選題依據(jù) 課題來源、選題依據(jù)和背景情況；課題研究目的、學(xué)術(shù)價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值 在世界諸多能源中，石油資源是最重要的能源之一，具有能量密度大、運(yùn)輸儲存方便、燃燒后對大氣的污染程度較小等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過石油化工提煉的汽油、柴油等燃料油是運(yùn)輸工具、冶金工業(yè)等工業(yè)的主要燃料。以石油為原料的液化氣和管道煤氣已經(jīng)成為城市居民生活必不可少的優(yōu)質(zhì)燃料。石油制品還廣泛地用作各種機(jī)械的潤滑劑，瀝青是公路和建筑的重要材料。石油化工產(chǎn)品廣泛地用于農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、紡織工業(yè)以及醫(yī)藥衛(wèi)生等部門，如合成纖維、塑料、合成橡膠制品，已成為人們的生活必需品。飛機(jī)、坦克、艦艇以及航天器，也需要大量的石油燃料。因此，石油資源不僅是一個國家重要的經(jīng)濟(jì)命脈，而且是一個國家重要的戰(zhàn)略物資。 石油是深埋在地下的流體礦物，在開采石油的過程中，采用油氣從儲層流入井底，又從井底上升到井口的驅(qū)動方式。石油從地下到井口采用的驅(qū)動方式也是多種多樣的，有游梁式抽油機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、電潛泵抽油機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、螺桿泵抽油機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)等。在各種驅(qū)動系統(tǒng)中又有多種不同的驅(qū)動方式，所以開采和驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。 螺桿泵是近幾年來迅速發(fā)展的一種節(jié)能、高效的新型機(jī)械采油設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，它比游梁式抽油機(jī)節(jié)電綜合率高達(dá)30%，價格是游梁式抽油機(jī)的1/3。特別適合高粘稠油及高含氣、高含砂、高含水油田的原油開采，能有效地克服氣鎖、砂卡等現(xiàn)象。近幾年，螺桿泵采油技術(shù)在國內(nèi)外油田得到了快速發(fā)展，在開采不同類型油藏以適應(yīng)搶、能耗低、泵效高、占地面積小、適應(yīng)高含砂井和地產(chǎn)油井以及稠油開采等技術(shù)優(yōu)勢，在油田開發(fā)生產(chǎn)中起到了越來越重要的作用。但如何提高螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)的效率和增強(qiáng)保護(hù)控制成為了一個急需解決的問題。 螺桿泵地面驅(qū)動裝置是螺桿泵采油系統(tǒng)中的動力輸出設(shè)備。目前國內(nèi)各油田所使用的螺桿泵抽油機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)多是定速驅(qū)動裝置，由單速或雙速電機(jī)經(jīng)皮帶輪作減速傳動，經(jīng)傘形齒輪驅(qū)動光桿帶動螺桿泵工作。此類裝置起動轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)動沖擊慣性大、不完全適應(yīng)螺桿泵起動時的需要。因為螺桿泵主要用于開采重油，要求起動負(fù)荷大，因此需要一個低轉(zhuǎn)速、大扭矩的驅(qū)動裝置來驅(qū)動井下泵運(yùn)轉(zhuǎn)。若按正常運(yùn)轉(zhuǎn)時所需的轉(zhuǎn)矩選擇功率，就會出現(xiàn)因功率小起動困難或無法起動；若按起動轉(zhuǎn)矩選擇裝置時，在長期生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，又會嚴(yán)重浪費(fèi)能源，不能為螺桿泵提供一個合理的轉(zhuǎn)矩參數(shù)。另外，現(xiàn)有裝置不能有效地適應(yīng)不同狀態(tài)的油井使用，而且同一口油井的負(fù)荷在生產(chǎn)過程中隨著地層壓力的改變又在不斷變化，固定的轉(zhuǎn)速不方便調(diào)整參數(shù)來適應(yīng)不同的油井、不同開采使其的實際生產(chǎn)需要，還容易是井下的泵收到損壞（如會出現(xiàn)泵內(nèi)五液空轉(zhuǎn)，發(fā)生干磨而損壞螺桿泵定子等事故），而且皮帶和齒輪的傳送，在運(yùn)行中要消耗大量的能量。目前油田螺桿泵采油系統(tǒng)存在下列不足：一是機(jī)械傳動效率偏低、系統(tǒng)效率不高；二是起動轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動沖擊慣性大，容易斷桿；三是調(diào)參困難，不易調(diào)速、不易于維護(hù)和監(jiān)控各種生產(chǎn)參數(shù)；四是螺桿泵驅(qū)動匹配裝置過大，能耗大；五是卸扭技術(shù)差，容易反轉(zhuǎn)脫扣或其他事故；六是自我保護(hù)能力差，維護(hù)工作量大。 直驅(qū)式螺桿泵抽油機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要研究如何提高驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性及如何滿足螺桿泵在不同工況下對驅(qū)動系統(tǒng)的要求，實現(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動光桿，無需其他傳動機(jī)構(gòu)；實現(xiàn)螺桿泵驅(qū)動電機(jī)的電壓、電流保護(hù)，控制電機(jī)的輸出扭矩；實現(xiàn)電機(jī)的軟啟動；實現(xiàn)抑制式軟剎車停止方式；實現(xiàn)無級變速調(diào)速控制方式；實時監(jiān)視螺桿泵的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。整個系統(tǒng)是利用控制器的電量參數(shù)分析螺桿泵運(yùn)行時的狀態(tài)，實時監(jiān)控螺桿泵的運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)螺桿泵運(yùn)行系統(tǒng)的安全、集中、智能化的管理。形成先進(jìn)的無機(jī)變速驅(qū)動系統(tǒng)與螺桿泵的完美結(jié)合，把螺桿泵采油工藝技術(shù)提高到一個新的水平。 二、文獻(xiàn)綜述 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)；查閱的主要文獻(xiàn) 石油是重要的能源，日常經(jīng)濟(jì)生活，工業(yè)生產(chǎn)，航空軍工都需要石油作為能源和原料。經(jīng)過石油分離出的汽油、瀝青等化工產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｉ钪小? 到2010年中國的石油需求達(dá)到380Mt左右，而國內(nèi)可提供的室友資源量為190Mt左右，因此中國石油對外依存度將增長約50%。專家甚至預(yù)言，由于中國石油產(chǎn)量不可能大幅增長，今后新增的石油需求量幾乎要全部依靠進(jìn)口，到2020年前后，我國石油進(jìn)口量有可能超過300Mt，成為世界第一大油品進(jìn)口國。 但是與此同時也不能不看到，我國的石油供應(yīng)安全不僅會受到與供應(yīng)安全鏈緊密相關(guān)的國家或地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)和軍事事態(tài)發(fā)展的影響，而且會受到大國的競爭和擠壓。因此，對石油安全的關(guān)注正在成為影響我國外交政策和戰(zhàn)略方針的重要因素。我國政府正在調(diào)整原油進(jìn)口的渠道，拓寬其來源，并且有計劃地增加石油儲備。總之，我國對中東石油依賴度的增加，是我國的石油安全受到威脅，同時也考驗了我國處理國際事務(wù)的能力。 我國是人口大國，一方面平均擁有石油資源少，另一方面石油采收率不高，由于技術(shù)落后，開發(fā)過程中破壞性開采比較嚴(yán)重。我國陸上油田一般采用常規(guī)的地下注水方式開發(fā)，平均采收率只有30%左右，仍有大量的儲量滯留在地下，而對那些低滲透油田、斷塊油田、稠油油田等來說采收率更低些，有的采用電加熱和化學(xué)試劑驅(qū)動等諸多方式來提高采收率，因而提高原油采收率是面臨的關(guān)鍵問題。 石油開采方式有自噴式采油和機(jī)械采油，自噴式采油是由于地下含油層壓力較高，憑其自身壓力就可以是原油從井口噴出的采油方式。機(jī)械采油則是利用各種類型的泵把原油從井中抽出。目前我國石油開采以機(jī)械采油為主。不同的地質(zhì)情況不同的油品性質(zhì)采用不同的機(jī)械開采方式。國內(nèi)機(jī)械采油裝置主要分有桿泵和無桿泵兩大類。有桿泵地面動力設(shè)備帶動抽油機(jī)，并通過抽油機(jī)帶動深井泵。無桿泵不借助抽油機(jī)來傳遞動力的抽油設(shè)備。目前無桿泵的種類很多，如水力活塞泵、電動潛油離心泵、射流泵、振動泵、螺桿泵等。 圖1 常規(guī)機(jī)械采油 螺桿泵采油作為一種新興的人工舉升方式，投資少、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、節(jié)能效果明顯以及適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，能有效降低采油成本，提高采油效益，具有抽油機(jī)柱塞泵、潛油電泵、水力活塞泵等機(jī)采方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn)而備受國內(nèi)外油田重視。與其他人工舉升方式相比，螺桿泵低投資、低能耗、對介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢在油田高含水期挖潛增效的作用日益凸顯。 圖2 螺桿泵工作原理圖 以大慶油田為例，“十一五”以來，隨著以螺桿泵為代表的低能耗舉升方式的不斷發(fā)展與完善，大慶油田加大了螺桿泵應(yīng)用力度。一是在產(chǎn)能新井上，共應(yīng)用螺桿泵1611口，占投產(chǎn)新井總數(shù)的15.5%；二是結(jié)合舉升方式調(diào)整轉(zhuǎn)換，實施抽油機(jī)、電泵轉(zhuǎn)螺桿泵1080口。螺桿泵井?dāng)?shù)由2005年的2001口增加到2009年5714口，占機(jī)采井?dāng)?shù)比例有5.0%提高到9.5%。年耗電量約占采油生產(chǎn)耗電的十分之一，已逐漸成為油田主要耗能設(shè)備。 為貫徹國家節(jié)能減排的目標(biāo)，降低機(jī)采井能耗已勢在必行。在能源供應(yīng)緊張、節(jié)能減排形式十分嚴(yán)峻的今天，開發(fā)應(yīng)用機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能減排技術(shù)不但有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還有這重大的社會效益。 驅(qū)動技術(shù)伴隨著開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步得到了快速發(fā)展，經(jīng)歷了從游梁式抽油機(jī)、電潛泵抽油機(jī)、螺桿泵抽油機(jī)等幾種不同的采油設(shè)備。采油系統(tǒng)使用過的采油設(shè)備種類繁多，根據(jù)采油方式的不同，主要有以下幾種：游梁式抽油機(jī)，電潛泵抽油機(jī)、螺桿泵抽油機(jī)、高原機(jī)。螺桿泵用于原油開采近二十年，按照驅(qū)動方式分為潛油電動螺桿泵和地面驅(qū)動井下螺桿泵抽油機(jī)。螺桿泵地面驅(qū)動裝置根據(jù)其驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)不同又分為螺桿泵直接驅(qū)動方式和螺桿泵測驅(qū)方式（傳統(tǒng)式螺桿泵驅(qū)動方式）。目前油井上普遍使用常規(guī)電驅(qū)動螺桿泵地面驅(qū)動裝置采用異步電機(jī)作為原動機(jī),通過皮帶輪和錐齒輪減速機(jī)構(gòu)減速后驅(qū)動抽油桿柱。這種驅(qū)動裝置雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械效率高、占地面積小等優(yōu)勢,但在實際使用中仍存在一些問題, 如中間減速機(jī)構(gòu)機(jī)械損失較高 ,最大可達(dá)15%；電機(jī)偏置使驅(qū)動裝置重心偏離井口軸線,致使光桿偏磨、盤根盒密封泄漏量大；系統(tǒng)零部件多, 維護(hù)困難等。使用低速大扭矩電機(jī)直接驅(qū)動抽油桿柱,可解決這些問題。研發(fā)的直驅(qū)式螺桿泵驅(qū)動裝置用永磁同步電機(jī)作為低速電機(jī),采用交流變頻調(diào)速方式,利用永磁電機(jī)反轉(zhuǎn)即發(fā)電機(jī)原理和能耗電阻消耗掉系統(tǒng)反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電能,實現(xiàn)低速大扭矩電機(jī)直接驅(qū)動抽油桿柱。 國內(nèi)已有直驅(qū)裝置采用永磁同步電機(jī)。永磁同步電機(jī)分為永磁無刷直流電機(jī)和永磁交流同步電機(jī)2種。永磁無刷直流電機(jī)特性類似于常規(guī)的直流電機(jī),機(jī)械特性曲線為斜線 ,隨著轉(zhuǎn)速的增加輸出扭矩減小,采用專用的方波控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)調(diào)速方便, 控制器結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)是功率不易做大 ,低速運(yùn)轉(zhuǎn)磁場有脈動。永磁交流同步電動機(jī)特性類似于常規(guī)的異步變頻電機(jī),機(jī)械特性曲線為直線,在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能保持恒扭矩輸出,采用專用的變頻器進(jìn)行控制。優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)結(jié)構(gòu)及控制技術(shù)成熟可靠,電機(jī)頻率與速度同步；缺點(diǎn)是控制器成本較高。 綜合考慮以上因素,直驅(qū)裝置電機(jī)采用永磁交流同步電機(jī)。為提高系統(tǒng)可靠性, 電機(jī)與裝置的其他部分相對獨(dú)立,并針對油田現(xiàn)場提出了防爆要求。 參考文獻(xiàn)： [1]楊野. 大慶油田機(jī)械采油節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀及展望. 油氣田地面工程. 2007. 15（9）1~7 [2]陳曉軍. ZLBQ55型直驅(qū)式螺桿泵驅(qū)動裝置設(shè)計. 石油礦場機(jī)械. 2010.23（4）2~5 [3]黃有泉等. 大慶油田螺桿泵采油技術(shù)新進(jìn)展. 石油機(jī)械. 2003.08(11)1~2 [4]張霞等. 螺桿泵采油工藝技術(shù)現(xiàn)狀. 油氣田地面工程. 2007.11（9）3~4 [5]于爽等. 直驅(qū)式螺桿泵在陸上作業(yè)區(qū)的應(yīng)用. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量. 2015.2(5)2~5 [6]韓玉秀. 新型直驅(qū)式螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用. 工業(yè)技術(shù). 2008.32（35）2~4  三、研究內(nèi)容 1． 學(xué)術(shù)構(gòu)想與思路；主要研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題（或技術(shù)） 針對背景技術(shù)中存在的問題，需要解決皮帶輪和減速器傳動造成的功率損失和效率低下的問題，同時使結(jié)構(gòu)更加簡潔，使其在后期的使用中維護(hù)方便。該驅(qū)動裝置的動力電機(jī)可直接驅(qū)動螺桿泵抽油桿運(yùn)轉(zhuǎn)。 必須解決的三個技術(shù)問題： (1)選擇合適的速度可以任意調(diào)節(jié)的電動機(jī)； (2)如何做好整套裝置的密封工作； (3)裝置會受到抽油桿柱的沖擊，如何承載載荷。 2． 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實施方案及可行性分析 研究方法： （一）文獻(xiàn)研究法：通過查閱文獻(xiàn)，了解國內(nèi)過螺桿泵驅(qū)動技術(shù)的研究和應(yīng)用，學(xué)習(xí)相關(guān)裝置、機(jī)構(gòu)的使用。 （二）探索性研究法：通過學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)，發(fā)現(xiàn)已有技術(shù)的缺陷進(jìn)行補(bǔ)足，進(jìn)而完善自己的設(shè)計方案。 （三）數(shù)學(xué)方法：通過假設(shè)的工作情景，設(shè)定相關(guān)要求，通過數(shù)學(xué)計算確定機(jī)構(gòu)的各項數(shù)據(jù)，計算出所需要的功率等。 技術(shù)路線： 頂部機(jī)械密封 密封裝置 直驅(qū)式螺桿泵驅(qū)動裝置 底部卡瓦封井裝置辦 置 電壓電流保護(hù)，扭矩控制 永磁驅(qū)動電機(jī) 電機(jī)軟啟動、軟剎車 驅(qū)動裝置 無級變速調(diào)速 軸向承載軸承 承載裝置 圖3 技術(shù)路線 實施方案： 針對研究內(nèi)容中的三個主要的技術(shù)問題，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對這三個問題一一進(jìn)行解決： （1） 為了達(dá)到轉(zhuǎn)速可以任意調(diào)整、功率損失小、維護(hù)費(fèi)用低的要求，綜合比較各驅(qū)動電機(jī)，認(rèn)為永磁同步驅(qū)動電機(jī)比較符合要求。永磁同步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕、損耗小、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，主要用于要求響應(yīng)快速、調(diào)速范圍寬、定位準(zhǔn)確的高性能伺服傳動系統(tǒng)和直流電機(jī)的更新替代電機(jī)。永磁同步電動機(jī)的組成部分：定子、永久磁鋼轉(zhuǎn)子、位置傳感器、電子換向開關(guān)等，電機(jī)軸采用過的是空心階梯軸，空心電機(jī)軸內(nèi)套有密封中心管，該中心管的外徑呈階梯狀，工作時，抽油機(jī)穿過該密封中心管，這樣還解決了驅(qū)動裝置的密封問題。 （2） 因為需要密封的部件在工作狀態(tài)時處于往復(fù)運(yùn)動中，所以對密封提出了進(jìn)一步的要求：能夠動態(tài)密封，所以選擇機(jī)械密封。機(jī)械密封是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力(或磁力)作用下保持貼合并配以輔助密封而達(dá)到阻漏的軸封裝置。常用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)由靜止環(huán)(靜環(huán))、旋轉(zhuǎn)環(huán)(動環(huán))、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈、和靜止環(huán)輔助密封圈等元件組成，防轉(zhuǎn)銷固定在壓蓋上以防止靜止環(huán)轉(zhuǎn)動。由于傳動軸貫穿在設(shè)備內(nèi)外，這樣，軸與設(shè)備之間存在一個圓周間隙，設(shè)備中的介質(zhì)通過該間隙向外泄漏，如果設(shè)備內(nèi)壓力低于大氣壓，則空氣向設(shè)備內(nèi)泄漏，機(jī)械密封可以很好的進(jìn)行密封。 （3） 在驅(qū)動電機(jī)底部安裝軸向承載軸承，及潤滑軸向承載軸承的潤滑池。承載軸承通過空心電機(jī)軸承載全井桿柱重量，軸密封圈和潤滑池保證承載軸承的潤滑。 圖4 直驅(qū)式螺桿泵結(jié)構(gòu)簡圖 可行性分析： 通過查閱大量文獻(xiàn)，了解到國內(nèi)外對螺桿泵的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，對螺桿泵的改進(jìn)方案也很多，各項技術(shù)已經(jīng)很成熟。針對螺桿泵驅(qū)動裝置的改進(jìn)方案也有很多，甚至已經(jīng)投入使用，各項數(shù)據(jù)很可靠很全面。在大量的技術(shù)支持以及指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，該方案有很高的可行性。 四、論文（設(shè)計）進(jìn)度安排 起止時間 主要內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 2015年 3月8日—22日 檢索相關(guān)研究資料，學(xué)習(xí)相關(guān)書籍。 選定原理方案，論證方案的可行性，撰寫開題報告和PPT文檔，根據(jù)開題情況，調(diào)整確定原理方案。 了解國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及未來的發(fā)展方向。 初步確定研究內(nèi)容以及原理方案，完成開題報告。 2015年 3月23日—4月15日 根據(jù)應(yīng)用情景給定使用數(shù)據(jù)，通過計算確定相關(guān)零件或者機(jī)構(gòu)的具體材料和尺寸；根據(jù)設(shè)計和制造的方便性選用適合的標(biāo)準(zhǔn)間，并給出具體要求。 此過程中會按照學(xué)校的規(guī)定完成自己的畢業(yè)實習(xí)，并且在實習(xí)過程中重點(diǎn)注意是否有與自己設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的企業(yè)，如果有的話可以對此企業(yè)深入了解，實地考察相關(guān)技術(shù)在此領(lǐng)域的實際應(yīng)用情況或者企業(yè)對此技術(shù)的了解程度，以便于自己的設(shè)計方案能夠更加完善，更加貼近實際的生產(chǎn)使用。 完成零件圖以及裝配草圖的繪制。 2015年 4月16日—5月15日 進(jìn)一步完善自己的方案，針對方案中存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，弄清與自己設(shè)計的產(chǎn)品相關(guān)行業(yè)、產(chǎn)品或者技術(shù)有關(guān)知識。跟導(dǎo)師請教自己的方案以及設(shè)計出來的產(chǎn)品是否適應(yīng)市場需求，制作成本是否合適。 完成裝配圖的繪制，完成畢業(yè)論文的初稿。 2015年 5月15日—5月20日 修改和完善畢業(yè)論文，整體回顧自己的設(shè)計過程和設(shè)計思路，將自己的設(shè)計方案重新整理清晰，針對一些有疑問的地方自己查閱文獻(xiàn)或者向?qū)熣埥?。制作答辯PPT文檔，參加答辯。 完成畢業(yè)論文以及最終答辯 五、審核意見 導(dǎo)師意見 導(dǎo)師簽字: 年 月 日 審核小組意見 審核小組成員簽字： 年 月 日 注：1、表格不夠可加附頁。 2、審核小組應(yīng)至少由三位具有高級職稱的教師組成；必要時可召集開題報告會。 11