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西安石油大学论文 气液 混抽 泵设计 摘 要: 随着社会的快速发展,我国的各行各业均得到迅猛发展,尤其在石油行业。抽油泵是油田开发过程中的主要设备之一 ,往往油井中含有大量的气体而使抽油泵发生气锁,导致抽油泵不能正常工作,抽油效率下降。 本次设计 在普通抽油泵 的基础 上 ,在开有小孔的泵筒上 增加了中空管组件来 改变了泵在抽油时的油气比 ,因而有效地 改善 了 抽油泵的性能 , 提高 了 油田的原油产量 , 增加了 油田开发的经济效益。 本文 结合 我国 油田中普遍存在 的 油气比大的油井 ,这些油井中含有大量的溶解气体对抽油泵效率有明显影响, 从现有的防气抽油泵为出发点开 始研究。 首先介绍了国内外防气抽油泵的发展现状,接下来讨论了 本次毕业设计的 气液抽油泵的工作原理,初步 确定 了气液抽油泵的整体结构。然后对气液抽油泵的整体结构 、 尺寸进行了设计计算,确定了泵的外径和泵筒的长度。最后对抽油泵的 主要零件 ,如 泵筒、柱塞、泵阀、阀罩等进行了设计计算以及校核,并对抽油泵的排量进行了 估 算 。最终确定所设计的气液抽油泵能够有效防止气锁而正常工作。 关键词: 抽油泵;防气 锁 ;气液 抽油 泵;结构设计 西安石油大学论文 of a of in in is of in of it of in to of On of to it to to in of so as to of In on in a of to it of to of to it to to of In as is it to to 安石油大学论文 I 目 录 1 绪 论 1 题背景及目的 1 油泵的发展概况 1 文 的 研究内 容 3 新点 3 2 气液 混抽 泵的结构及工作原理 4 液 混抽 泵的 基本结构 4 液 混抽 泵的 工作原理 4 3 气液 混抽 泵的设计 5 油泵总体尺寸计算 5 管直径与泵径的匹配 5 油泵长度 5 油泵的主要零件的设计与计算 5 德曼图 5 筒的设计与计算 8 塞的设计与计算 18 阀的设计与计算 21 罩的设计与计算 24 空管的设计与计算 28 的排量计算 29 4 结 论 31 参考文献 32 致 谢 33 西安石油大学论文 1 1 绪 论 的 在 石油开发过程中,油田多居于极复杂 的环境, 具有断层多 , 油、 气、 水分布复杂 , 油藏埋藏深、 井况差、 原始油气比高等特点 , 由于这些特点 ,使得油田在开发过程中地层压力、 液面下降快 ,产量递减快。 随着油田的深入开发 ,气体对油井影响日益明显 , 泵效较低 , 甚至发生气锁等现象 ; 较低的泵效严重影响着原油生产任务的顺利完成 ,气体影响是抽油机井泵效低的主要原因。 对于含气油井 ,消除或减少气体的 影 响是采油工程的主要任务之一。 然而在任意一个抽油泵中,固定阀与游动阀之间必定存在一段距离,称“防冲距”,其空间称“余隙容积 ” ,充满油 气混合物。当柱塞下行时,泵筒内压力升高,余隙容积内气体受压缩,并溶解于油液中,而柱塞上行时,泵筒内压力迅速减低,溶解的气体自油液中分离、膨胀,占据一定的空间。含气量较少时,气体膨胀后所占空间不大,对泵效影响不大,但当含气量较大时,膨胀气体可能占据柱塞在泵筒内移动的空间,且压力仍然不低于套管中的沉没压力,使固定阀打不开,抽油泵无法吸入。这时柱塞只是使气体处于交替的压缩和膨胀状态,抽油泵不工作,产生所谓“气锁”。 发生气锁时,没有油液排出,抽油机和泵将做无用功。更为有害的是,在这种含气井中工作,抽油泵还会发生 液击现象,加速了抽油杆柱、游动阀罩、固定阀罩油管等井下设备的损坏。因此,必须设计一种新型抽油泵,来较好的解决这一情况,提高石油产量。这时,能够在高油气达到同样效果的抽油泵 通过设计这种气液混合抽油泵,可以达到排气抽油或油气混抽的正常采油目的,避免了低效率、耗时耗力的工作。尤其在这种油井里发生气锁时,免除了抽油机做无用功,对抽油杆等井下设备的损害,较好的解决油田中高油气比的油井的开采工作,相信这种抽油泵一定会在我国的石油行业,尤其各个油田得到广泛应用! 回顾我国的抽油泵发展史,在 50 年代,我国开始仿制东欧、苏联、罗马尼亚等等国的衬套抽油泵。 60 年代,我国科技人员开始设计制造一些特殊泵,如防砂泵、防腐泵等等,但对预防井底严重的气体影响还没有真正解决。 70 年代开始制造长冲程泵、稠油泵以及其他新型的泵。然而设计水平和制造工艺的落后,再加上原材料的品种较少,远远不能满足油田井下各种复杂情况的需要。 80 年代末期,抽油泵制造水平逐步由衬套泵发展到批量生产整筒泵,制造工艺、热处理工艺有较大的提高,新型泵的品种也不断增加。但与国外相比,抽油泵的结构设计改进较少,新品种 欠缺。 西安石油大学论文 2 目前我国使用的抽油泵,有两种结构型式的杆式泵和四种结构型式的管式泵,杆式泵的使用数量仅占管式泵的 1%,且杆式泵只有顶部固定型式,适应能力较差 . 我国抽油井基本上采用标准型泵,不能适应稠油、含砂、含水量大、含硫化氢等腐蚀性较强、结蜡严重等油井的生产。近几年为研制异型泵做了大量工作 ,如江汉油田研制了长冲程泵,泵总长 径 70径 90用软活塞配整体泵筒结构 均泵效达 91%去每节衬套只有 150, 现已大批生产每节 300两年玉门石油机械厂已小批量生产 给辽河油田生产了筒稠油泵。胜利油田也已小批量生产 长泵筒无衬套金属柱塞抽油泵。在长泵筒制造工艺方面,玉门石油机械厂近几年搞出了两种整体泵筒制造工艺,即大泵筒内壁镀铬和中型泵筒内壁辉光离子氮化。泵筒材料大多用 20经热处理后硬度为 2,此硬度低于井内工作介质中所含石英砂的硬度,故泵筒内表面往往被拉伤,严重影响抽油泵的使用 寿命 . 然而国内对于在高油气比的油井开采,为使高油气比油井生产正常 , 各油田作了大量工作 , 采取的技术主要从减少进泵液体中的含气比和降低进泵游离气对泵阀开启的影响 2 个方面进行 。 前者主要由增大沉没度 , 降低冲次和采用各种气锚和适时放掉套管气来实现 ; 后者则靠加大冲程长度 , 减少余隙容积及采用特殊结构的防气抽油泵来达到 。 其中的主要差别在于防气抽油泵的防气原理不同 , 例如采用机械强制开启的游动阀以减小游离气对游动阀开启的影响 ; 采用气液置换的防气泵或采用两级压缩抽油泵则是降低压缩腔内的油气比来提高泵效。所以 , 上述防气 泵皆是在普通抽油泵基础上对阀体或腔体进行了一些改进 , 或增添特种结构而成的新型防气泵。上述改进能较好地防止气锁 , 提高泵效 , 但加工难度大 , 寿命不容易提高 , 且增加了操作难度。以往 , 解决抽油泵气锁问题采取如下措施:在泵的结构上 , 减小柱塞在下死点处和固定阀间的余隙容积 ,使用双游动阀和两级压缩抽油泵 , 使用标枪阀做游动阀下行程强制打开。但此方法泵安全强度差 , 结构复杂 , 成本高 ; 利用气锚将原油中的游离气体在没有进人泵筒之前分离出来 ,进人套管 ,定期放气。这种方法对减少气体对泵工作的影响有一定效果 。但事实上所有气 锚都不可能将游离气体全部分离出去 , 不能彻底解决气锁问题 ,而且定期排放套管气 ,对天然气资源也造成了浪费。 美国 其泵筒上部为逐渐增大的锥形。当柱塞上行接近上死点进入该锥形区后 ,泵的漏失量增加。其结果可均衡柱塞和游动阀上下的压力 ,在柱塞下行时泵筒内可立即达到高压 ,使游动阀强制打开 ,这就可从根本上消除泵气锁 ,使其在产气量大的油井上正常使用。矿场示功图测试表明 ,采用该种新型防气泵抽油 ,光杆的最小载荷增大 ,抽油杆柱的谐振减小 ,泵上杆柱承受的压 缩载荷降低。由此可见 ,采用它可从根本上消除泵气锁 ,缩小杆柱的应力范围。还可消除泵的气、液击 ,减轻泵的杆管磨损 ,保证气量大井正常生产 西安石油大学论文 3 另外 ,美国 司研发的 一种防气抽油泵,具有气液混抽的作用,可以用于开采含有大量气体的原油。其泵 筒有上、下泵筒组成,两种之间用加长短节连接 ,泵的柱塞很长,可搭接在上、下泵筒之间,在泵筒内形成上部、中部和下部三个油室,工作过程中柱塞起封隔上、下泵筒的作用。但是,这种泵在结构上比较复杂,加工难度大,不容易生产使用,需要改进。 我设计的气液混合抽油泵是 基于 根据生产需要以功能设计为原则 , 在原抽油泵结构基础上进行技术改造 而进行的,其中的主要内容如下: ( 1) 气液抽油泵的工作原理及防止气锁的方法说明:首先查找有关气液抽油泵的资料,然后结合我国油田的实际情况对普通抽油泵的优缺点进行分析,最后提出自己的气液抽油泵,并分析它的防止气锁的方法,以及工作原理。 ( 2) 气液抽油泵的结构设计:通过对普通抽油泵的结构分析,再结合设计的任务要求和自己的防气锁方法、工作原理,设计气液抽油泵的结构。 ( 3) 气液抽油泵的装配图、零件图的绘制:运用自己的 图知识,绘制设计的气液抽油泵的结构图, 包括装配图、零件图等。 ( 1) 在泵筒外添加了中空管组件,由柱塞的移动可以在泵筒内形成上部、中部和下部三个油室,为泵内的气体开辟了通道,排除了气体的干扰,提高了泵效,避免了气锁和液击的发生。 ( 2) 在普通管式组合泵的基础上, 结合 了它 的优点, 去掉了衬套, 也 减轻了泵的自身重量; ( 3) 均采用了管螺纹连接,保证整个抽油泵的密封性。 西安石油大学论文 4 2 气液 混抽 泵的结构及工作原理 液 混抽 泵的基本结构 气液抽油泵的结构主要由上阀罩组成、泵筒、柱塞、下游动阀罩总成、中空管组件固定阀总成等组成。具体结构见下图: 1 接箍 ; 2 上阀罩总成 ; 3 泵筒 ; 4 柱塞 ; 5 下游动阀罩总成 ; 6 中空管组件 ; 7 固定阀总成 图 2液混抽泵结构 液 混抽 泵的工作原理 柱塞上行时,井底原油经固定阀进入下部油室,由于低压和紊流,原油中气体膨胀,分离气泡上升至下部油室的顶部;而上一工作过程中 存留于中间油室内的原油所含的气体处于受压缩状态,其气 柱塞脱离泵筒到达上止点时,中、下油室连通,两室混合液的气 液比之间,低于井底原油的气 而使 抽入的液体量增加。 柱塞 下 行 时,固定阀关闭, 上部油室中的气体向上运动,柱塞继续下行到一定位置,就有一部分液、气体被封闭在中间油室内;当下部油室内的液体压力等于或略大于柱塞腔内液体压力时,游动阀开启,下部油室中的液体通过柱塞流向上部油室;柱塞接近下止点时,上部油室与中部油室连通,中部油室液体中被压缩的气体逸出。 直至下冲程结束,这样便完成了一个抽汲过程。 当柱塞又开始上行,上部油室与中部油室再次隔绝开时,中部油室中的液、气体处于被压缩状态,且其内气体已有一部分逸出,中间油室内的气 因此,当柱塞继续上行 时,又可以使抽液量增加,从而保证将含气原油正常地开采出来。 中空腔室的设置给泵内气体开辟了通道,而中空腔内液体与下腔室气体的交换,又增加了泵筒内液体的充满系数,降低了泵内的气 除了气体的干扰,提高了泵效,避免了气锁和液击的发生。 西安石油大学论文 5 3 气液 混抽 泵的设计 管直径与泵径的匹配 管式抽油泵要与油管连接,故油管直径必须与抽油泵的泵型相匹配。 (1) 同一种泵型同一种规格的抽油泵可以与一种规格或者两种规格的油管相匹配,其目的是在空间允许的范围下提供较大的选择余地。 (2) 因为管式泵是插入式管,油管内径必须大于杆式泵最大外径,反映为油管尺寸代号比泵径尺寸代号前两位数值要大。管式泵大部分也符合此规律,但有一部分( 30) 油管尺寸代号反而小于泵径尺寸代号的前两位数值,说明此时柱塞直径大于油管内径,柱塞必须事先放在泵筒内,用脱接器与抽油杆连接。 管式泵最大外径受到套管内径的限制,我国常用的是 215140 套管,壁厚最厚的一种内径为 ,与它配的抽油泵最大外径应控制在 ,有时因作业需要应留出更大的空隙。 抽油泵长度 抽油泵长度主要取决于泵筒长度,它与冲程长度有关,具体的说是柱塞长度、冲程长度、防冲距和加长短节长度等决定。 推荐柱塞长度和防冲距按表 3择。 表 3推荐柱塞长度和防冲距 下泵深度 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 柱塞长度 冲距 次设计柱塞长度为 冲程长度为 防冲距为 下泵深度为 1500m,泵筒的总长度为 抽油泵总长为 抽油泵的主要零件的设计与计算 因各种零件的结构、作用和工况不同,设计计算的内容也有区别。泵筒、柱塞等零件侧重于强度、刚度的计算,而泵阀计算则侧重与结构设计计算。 古德曼图 石油机械疲劳强度计算时,经常利用古德曼图(图 3它是一张极限应力图。抽油泵是一种往复泵,各种零件所受应力为交变应力,可借用古德曼图进行计算。 西安石油大学论文 6 古德曼图 金属材料用古德曼图 ,其横坐标是交变应力的平均应力m,纵坐标是最大应力最小应力一张完 整 的古德曼图是凸八边形构成的封闭图形。工作在封闭图形范围内的零件其寿命可达到 710 次循环以上,是安全的。 图 3古德曼图 实际耐久极限 试件在周期应力作用下,不发生循环 破坏(循环破坏次数达到 710 次)的最大应力称为耐久极限。耐久极限是通过表面光滑 、 直径 5 - 7转杆寿命试验机上试验获得的。大量试验证明:对于黑色金属和和部分有色金属,耐久极限 n 与材料抗力强度b存在一定关系,并于加载方式有关,即: =n P ( 3 式中 : n 耐久极限, M b 材料强度极限, M 加载方式系数 , 弯曲 : C , 轴向拉压 : C , 扭转: 。 西安石油大学论文 7 实际使用的零件与试样有差异,工况与试验条件也不尽相同,应将耐久极限根据实际情况进行调整,使之能适 应实际情况,调整后的数据称为实际耐久极限。影响实际耐久极限的因素主要有偏载情况、直径大小、工件表面质量和介质性质等。 ( 1) 偏载系数 ( 轴向拉压,因偏心而产生不确定的弯曲,将影响实际耐久极限。对于抽油泵零件而言可取偏载系数 。 ( 2) 直径系数( 抽油泵泵筒可取: 。 ( 3) 工件表面系数且材料强度极限越大,影响越明显。抽油泵零件表面大部分经过机械加工,故推荐表面系数 40 . 8 9 2 . 1 8 1 0 ( 3 ( 4) 腐蚀情况系数( 一般取 5.01 ,腐蚀情况越严重,系数腐蚀 1 ( 5) 实际耐久极限 综合比较,实际耐久 极限 n 为 : n L D S h n L D S h P C C C C C C C ( 3 交变应力 最小应力 大应力 均应力 m,应力振幅 a,应力振程 r ,它们之间的关系如下: m a x m i n( ) / 2m ( 3 m a x m i n( ) / 2a ( 3 m a x m i ( 3 应力集中系数 对于抽油泵而言,大部分零件的危险断面在螺纹上,推荐按表 3 西安石油大学论文 8 表 3螺纹应力集中系数 材料 滚制螺纹 切制螺纹 退火钢 ( 火冷拔钢 ( 泵筒的设计与计算 泵筒是抽油泵的主要零件,柱塞在其 内做往复运动,抽汲油液,它又是固定阀、泵筒接箍的支持件,因此加工难度较大。 泵筒的性能要求 ( 1) 泵筒与柱塞形成一运动副,要保证柱塞运转和往复运动灵活无阻卡,且磨损均匀; ( 2) 保证泵筒与柱塞之间有足够的密封能力; ( 3) 要有足够的强度、刚度和疲劳强度,能适应深抽需要; ( 4) 要有较好的耐磨性; ( 5) 要有较好的抗腐蚀能力。 泵筒的材料选择 从井下介质情况来看,主要存在的的固体颗粒和腐蚀性物质,不同井中固体颗粒大小、含量和腐蚀性物质的化学成分、浓度都有变化,应该根据不同介质选择相应的泵筒材料。为了更好 的发挥材料的使用性能,还应该与采用的工艺结合起来,以达到较好的经济效益。 制造泵筒的毛坯是精密钢管(冷拔、冷轧无缝管)。这种毛坯尺寸精度高,表面质量好,可以有效的控制加工余量。 泵筒摩擦表面强化工艺主要有碳氮共渗(或渗碳),氮化和镀铬等。各种泵筒材料与工艺对井下介质的适应能力,对于常用几种工艺渗(镀)层厚度及硬度推荐数值见下表 3 表 3泵筒渗(镀)层厚度及硬度 表面处理方法 渗(镀)层厚度 ( 表面硬度 ( 心部硬度 ( 镀铬 加 厚 66 72 207 240 渗碳或者渗氮共渗 8 66 西安石油大学论文 9 氮化 1307 筒的技术要求 ( 1) 内径制造偏差为 ( 2) 形位偏差 泵筒全长内内径变动量要求控制在制造公差内,即最大为 内孔圆柱度用综合测量,基本尺寸为 D 的泵筒,用 ( 3) 内孔表面粗糙度不大于 m 。 ( 4) 渗 (镀) 层厚度与硬度 对于常用几种工艺渗层厚度即硬度推荐数值见表 3 筒强度计算 按泵筒壁厚可以分为薄壁筒、中厚壁筒、厚壁筒和超厚壁筒。 范中,薄壁筒 =壁筒 =厚壁筒 =8 12中厚壁筒的壁厚尺寸可有生产厂家自定,一般去 =我们选择厚壁筒的管式泵 =由文献 1可知 ,泵筒的基本尺寸 初 定如 图 3 西安石油大学论文 10 图 3筒的基本尺寸 ( 1) 材料选择 由文献 3, 表 4结合气液抽油泵的工况 , 泵处于高硫化氢、二氧化碳和磨损的情况下,综合考虑选择镀镍的 45# 碳素钢泵筒(硬度为 68。 ( 2) 危险工况、危险部位和危险断面 抽油泵在工作过程中,上下行程受力情况和危险部位如图 3 上行程 下行程 图 3油泵受力分析 无论在上行程或下行程均为危险工况,上行程时泵筒危险部位在柱塞上方,而下行程时泵筒在全长内均为危险部位 。 泵筒危险断面是两端螺纹处,推荐螺纹处计算直径为: 西安石油大学论文 11 ( 3 式中 0d 螺纹处计算直径, d 螺纹螺纹大径, t 螺距, 计算内径 螺纹危险断面处,承载面积的计算如下: 由于是厚壁筒,选择外螺纹泵筒, 1 ; 02 42122 ( 3 式中 F 危险断面承载面积, 1D 计算内经, 2D 计算外径, 44454 22 F ( 3) 载荷分析 1) 筒内、外压力: 泵筒内、外压力是由井液造成的,其计算式为: ( 3 式中 p 筒内、外压力, 井液密度, 计计算时可取 =103 H 下泵深度, m,要求 1500 m; 井口回压, 实际情况确定,一般取 5 算时可取 2 有 21 5 0 p = 安石油大学论文 12 2) 附加轴向载荷 附加轴向载荷包括泵筒组自重、尾管重量、井液浮力及柱塞和泵筒之间的摩擦力等。因泵筒组自重占轴向载荷的比例不大,可忽略不计;为安全起见,井液浮力不予考虑。故附加轴向载荷及应力为 3 ( 3 式中 附加轴向载荷 , N; c 附加轴向载荷 应力, W 尾管重量, 文献 3, 表 4在 下泵 1500m 时 ,允许挂尾管重量 4223 柱塞与泵筒之间的摩擦力, N,井液粘度不大, 摩擦力可以忽略不计,故设计时按 = 0 考虑。 = c= = ( 4) 应力分析 对于泵筒上任一应力元,它均受到三向应力,轴向应力 Z 切向应力径向应力R , 则 危险点在泵筒内径处。 图 3泵筒应力分析图 西安石油大学论文 13 21 ( 3 = 44 54 = 5) 许用应力 泵筒一般用塑性材料制造,推荐许用应力为: ( 3 式中 许用应力, S 材料屈服极限, 45# 碳素结构钢为 353 n 安全系数, n = 般管式泵可取 n = = 353 / 6) 强度条件 采用第四强度理论可较好的解决 塑性材料三向应力强度问题,根据第四强度理论其当量应力为 4d=2 ( 3 管式泵的三向应力大小见下表: 表 3抽油泵的应力分析 泵 型 管 式 泵 上 冲 程 柱 塞 上 部 内胀 、 拉 柱 塞 下 部 拉 下 冲 程 柱 塞 上 部 内胀 、 拉 柱 塞 下 部 内胀 、 拉 受 力 形 式 闭口内压 1 21 11 = 安石油大学论文 14 2 222 1 = 3= d 22213强 度 核 算 疲 劳 因此, 4d = 22 = 4d , 满足强度条件 22222 4 13 ( 3 令 213 ( 3 A = 02222 3 p = A ( 3 = 2 = ( 7) 最大下泵深度 当附加轴向载荷 0 时,求得从强度出发的最大下泵深度, 322 Bc ( 3 = ( 2 ) / 0 4784 m 西安石油大学论文 15 1500 m,满足条件 ( 8) 允许挂尾管重量 我们可以得出从强 度出发某下泵深度 H 时允许加尾管重量 W, =cF = 322 ( 3 = 322 = 足假设条件。 泵筒疲劳强度计算 ( 1) 交变应力 泵筒轴向载荷为力为 ),最大轴向应力是筒内压力形成的轴 向应力 22 1 与最小轴向应力之和,考虑应力集中系数交变应力为 22 1 ( 3 = 22 = 3 = = m a x( 3 = =( 3 = = 2= 3 = =m =0.5 ( 3 西安石油大学论文 16 = =( 2) 古罗曼图的应用 1) 泵筒用 45 号钢,计算时所取数据为: 98, 53,可取加载方式系数 C , 偏载系数 C , 直径系数 C , C 腐蚀情况系数 5.0 应力集中系数 0.32) 泵筒在井下时一般受拉,即 0 ,故它工作在古德曼图的 区或 区 ,其分界处的平均应力为 ( 3 59 8 35 359 8 T= 其中 n L D S h n L D S h P C C C C C C C ( 3 5 9 3) 泵筒的疲劳强度极限为 ( 3 允许最大应力振程 r 实际应力振程 4) 最大下泵深度 最大下泵深度时 0c, 0 ,故有 , 0 , 2 r a cV k P,并有 。 先假设工作在 区,由 3, 表 4 2( s= 有 2 ( 3 =然圆度偏差 2 m ( 3) 表面粗糙度 m 。 ( 4) 阀表面两端面平行度 面粗糙度 m ;密封面研前粗糙度 m 。 ( 5) 阀球应与座进行真空度实验,有两种试验方法。 l)常规实验 真空度高于 5秒钟内真空度不下降。 2)判别实验 真空度高于 察真空度下降速度,小于 5合格品 ,小于 3优质品,真空度下降速度越小越好。 ( 6) 球与座应达到互换要求。 泵阀的计算 ( 1) 阀球 1) 游动阀球直径的选择: ( 3 = 文献 3, 表 4阀球直径规格,取 2) 固定阀球直径选择: 固定阀球直径应该根据结构空间选择,一般比游动阀球大 0 2档,参照 文献 1中固定阀球的设计尺寸要求,我们选择 ( 2) 阀座 1) 阀座口结构 阀座的材料为钨 钴 铬 合金,则选择带维护式的比较好。 西安石油大学论文 23 图 3带护锥式阀口简图 2) 阀座锥角的选择 常用阀座锥角 2 取值范围为 9045 。从阀座口过流面积的大小、密封性能的优劣、泵阀启闭的灵活程度、密封稳定性的好坏和始启瞬间过流面积的大小等角度综合考虑, 2 的理想取值范围为 7565 。取推荐值 2 = 70 。 3) 阀座外形结构 由于扁平型是最常用的一种,已经标准化了。 它结构简单,制造方便。如果适当减少它与阀罩的接触面积,可以较强的密封能力。故选择扁平型。图 3阀座基本结构 西安石油大学论文 24 ( 3) 泵阀的结构设计计算如下 表 : 表 3泵阀的设计计算 序号 项 目 上游动阀 ( 下游动阀 ( 固定阀 ( 1 阀球直径 密封锥半锥角 2 70 70 70 3 研合宽度 2 研合深度 节径 24 24 32 6 阀座孔径 s s0 22 22 24 7 阀口大径 s s1 24 24 32 8 阀座厚度 H 12 12 20 罩的设计与计算 阀座是对抽油泵泵效有明显影响的零件。由于阀罩所处的空间较小,要求结构紧凑,这给设计带来一定困难,所以阀罩设计着重于结构设计计算。 对阀罩的性能要 求 ( 1)有良好的导向性能,减少球在球室内飘忽,提高抽油泵充满系数; ( 2)有适度的流道面积,减少液力损失; ( 3)合理的阀球回跳高度; ( 4)有足够的强度、适当的硬度与耐磨性,良好的抗腐蚀能力。 阀罩的材料 阀罩一般用碳钢、合金结构钢、不锈钢等材料制造,组合型阀罩的芯子也有用耐磨合金制造。 热处理用调质工艺,硬度 69。 槽型球室型闭式阀罩,它是一种整体结构的闭式阀罩。选用球室内有四条圆弧状凹直槽,形成主要的液体流道。并选用钻与直槽相应的直孔出油孔。这种槽型球室型西安石油大学论文 25 闭式阀罩的特 点是: ( 1)有良好的导向性能,阀球的飘忽量很小,相对飘忽量四槽为 ( 2)四槽球室型实际流道面积比为 ( 3)井液自下向上流过斜槽时,液体对球阀有一个向下的分力,使阀球不会紧靠在球室顶端,这样不但增加了出油孔面积,而且当柱塞反方向时,此分力促使 阀球迅速下落,减少入座泵效损失 。 图 3槽型球室断面 图 3流道面积析 综上, 上游动阀罩选择开口阀罩,下 游动阀罩 选择四槽型球室的 闭式 阀罩 , 固定阀罩选择倒坛形的 闭式 阀罩 , 材料选择 45# 镀镍碳素钢,热处理工艺使用调质,硬度 为 269。 阀罩主要结构参数选择 ( 1) 游动阀阀罩主要结构参数选择: 西安
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