螺杆泵采油液压制动系统设计.docx

Harbin Institute of Technology液压技术应用大作业（二）题 目： 螺杆泵采油液压制动系统设计 院 系： 机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 时 间： 2016年3月23日 哈尔滨工业大学1 设计要求（1） 螺杆正转时，液压制动系统不工作；（2） 液压制动转矩为1000到2000NM;（3） 驱动电动机停机时，液压制动系统随主轴反转开始工作，将螺杆泵反转转速限制在30r/min以内缓慢旋转，直至最后停机；（4） 该系统工作在大庆地区野外。2 设计背景及研究的目的和意义螺杆泵兼有离心泵液流平稳和容积泵效率高的特点,其采油工艺具有一次性投资小、能耗低、地面设备简单、运行平稳等特点。基于这些优势和特点,地面驱动螺杆泵采油工艺在国内外油田得到广泛的应用1。然而螺杆泵也存在一定的局限性，其中最大的一个问题是在螺杆泵井停机卸扭矩时, 会导致杆柱反转，威胁到操作人员及设备的安全。螺杆泵井杆柱反转主要是由杆柱弹性势能和油套压差综合作用所致。杆柱反转分两个阶段:第一个阶段是受杆柱弹性势能作用导致的反转阶段,此阶段时间短,但破坏力大;第二个阶段是因油套压差作用而引起的加速反转阶段,此阶段时间长,随时间的推移破坏力逐渐增强。本文将采用哈尔滨工业大学姜继海教授设计的一种用于螺杆泵采油系统的无动力源液压制动装置作为设计蓝图2，用于大庆野外采油作业中。由于螺杆泵在采油系统停机时，会高速逆向旋转，为避免这种旋转造成伤害，应设计一种制动系统，降低反向旋转速度。当螺杆正转时，液压制动系统不工作；当驱动电动机停机时，液压制动系统随主轴反转开始工作，将螺杆泵反转转速限制在30r/min以内缓慢旋转，直至最后停机。本文所述螺杆泵采油液压制动系统工作特性符合螺杆泵采油系统的实际工况要求, 并具有结构简单、能耗降低、成本低的优点3。3 设计内容3.1 无动力源液压制动装置原理1- 制动盘；2-制动油缸；3-单向超越离合器；4- 液压泵；5- 过滤器；6- 溢流阀；7- 油箱；8- 传动轴图-1 制动装置原理图本文所述无动力源液压制动装置如图-1，由于采用了单向超越离合器，因此在螺杆正常工作即正转时，液压制动系统不会工作，不会影响到生产。当螺杆泵采油系统停机时,传动轴反向转动,通过单向超越离合器驱动液压泵,产生的液压力驱动制动油缸工作,当2个制动油缸同时夹紧制动盘时,传动轴就不能反向转动。当螺杆泵采油系统的传动轴停止反向转动后,液压泵不再输出液压油,使制动装置压力降低,液压制动装置停止工作,松开制动盘;当螺杆泵采油系统传动轴继续反向转动时,制动装置重复前述动作。如此反复,直至使螺杆泵采油系统反转的能量耗尽传动轴停止转动为止,从而避免了螺杆泵采油系统停机时高速反转引起的危害。3.2 液压泵选型方法选择液压泵的规格：根据上面所计算的最大压力pB和流量qB，查液压元件产品样本，选择与PB和qB相当的液压泵的规格型号。计算出的最大压力pB是系统静态压力，系统工作过程中存在着过渡过程的动态压力，而动态压力往往比静态压力高得多，所以泵的额定压力pB应比系统最高压力大25%60%，使液压泵有一定的压力储备。若系统属于高压范围，压力储备取小值；若系统属于中低压范围，压力储备取大值。3.3 设计计算过程设定初始压力为7.5MPa，溢流阀设定压力也为7.5MPa。选外啮合齿轮泵为液压泵，额定压力21MPa，排量为5ml/r。制动盘半径为0.8m。选取材料摩擦系数为0.6。当转矩为最大值时，最小压力为：弹簧钢回复力为1KN，液压缸的最小作用面积为：选定液压缸直径为：选取液压缸直径为D=40mm，d=22mm，速比为1.46。参考文献：1熊希，地面驱动螺杆泵釆油系统优化设计,长江大学硕士研究生学位论文；2姜继海，刘海昌，陈志国，邓辉，螺杆泵采油系统无动力源液压制动装置，哈尔滨工业大学