螺纹套管密封试压装置设计

螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 1 毕业设计 论文 书毕业设计 论文 书 设计题目设计题目 螺纹套管密封试压装置设计 机械和电气控制系统设计 专专 业业 机械设计制造及其自动化 班班 级级 00 级 3 班 目目 录录 中英文摘中英文摘 要要 1 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 2 序序 言言 6 第一篇第一篇 机械部份设计机械部份设计 第一章第一章 系统方案的拟系统方案的拟 定定 7 第二章第二章 机械部份各部件的设计校核及选机械部份各部件的设计校核及选 用用 8 1 1 夹具部 份 8 1 2 液压马 达 8 1 3 联轴 器 9 1 4 滚动轴 承 10 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 3 1 5 拨盘的设计与校 核 11 1 6 堵头的设计与校 核 12 1 7 移动工作台支承体重量估 计 13 1 8 导轨的设 计 14 1 9 支架的设 计 17 第二篇第二篇 电气部份设计电气部份设计 第第三三章章 电气线路设电气线路设 计计 18 2 1 主回路设 计 18 2 2 控制回路设 计 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 4 18 2 3 控制电路电 源 19 2 4 绘制电气原理 图 19 第四章第四章 选择电器元选择电器元 件件 20 3 1 电源引入开 关 20 3 2 热继电 器 20 3 3 熔断 器 20 3 4 接触 器 20 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 5 3 5 行程开 关 21 3 6 压力继电 器 21 3 7 控制按 钮 21 3 8 信号 灯 21 第三篇第三篇 英文摘要英文摘要 Discussion 22 第四篇第四篇 中文翻译中文翻译 讨讨 论论 23 第五篇第五篇 总结总结 总总 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 6 结结 24 鸣鸣 谢谢 25 参考文参考文 献献 25 中英文摘要中英文摘要 摘要 摘要 本课题 TR N PT 系列螺纹套管密封试压装置设计是南海合众公司的技术 改造项目 螺纹套管是该公司 2001 年的新产品 该产品应用于海上油田勘探和 开采油田打井的快速钻井技术中 设计在原有试压装置的基础上 进行一些技 术上的改进 通过机械电气控制将机械 液压 电气等技术融合在一起 使新 装置在钻井效率 降低成本 简化工艺等方面有很好的发展 使其更具自动化 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 7 和人性化 在这里 主要进行的是机械和电气控制系统的设计 关键词 螺纹 套管 试压 机电 自动化 Abstract The question for discuss the design of a equipment for the screw bushing s pressurization and trial pressure is a program of technique alteration in Hezhong corporation of south sea The screw bushing which is mainly applied in the exploitation of flat roof on the sea is a new product of this corporation in 2001 Based on the equipment which is now in use the design make some technique alterations It melt 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 8 mechanism fluid drive and electric in a pot with the help of mechanical and electric control As a result the new equipment is more automatic and is full of humanism than before In here the main tasks are the design of mechanism and electric control system Key words screw bushing trial pressure mechatronics automatization 序言序言 时光东逝如流水 我在大学求学也即将期满毕业 虽不是学业有成 却 有幸得到诸多师长的殷殷教诲和熏陶 这是我在大学四年里最大的收获 尤其 在毕业设计期间 在校内指导老师 班主任 校外工程师等师长的悉心教导下 我才能顺利地完成这次毕业设计的任务课题 还有就是我各位同学的大力支持 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 9 和帮助 在此我一并由衷地向他们表示感谢 尽管如此 由于本人的水平有限 设计中难免存在不当和错误 希望得到各位 评委的批评和指正 机械设计基础是在我们学完了大学的绝大部分基础课程 技术基础课程以 及大部分专业课程后进行的 这是我们在进行毕业之前对所学各课程的一次深 入的综合性的实践 也是一次理论联系实际的训练 因此 它在我们三年的大 学生活中占有重要的地位 就我而言 我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应 性训练 从中锻炼自己分析问题 解决问题的能力 从而更好的以积极向上的 态度来对待工作能溶入到实践中去 也为以后的工作打下一个良好的基础 我们做毕业设计目的是 1 学生综合分析和解决本专业的一般液压系统技术问题的独立工作能力 拓 宽和深化学生的知识 2 学生树立正确的设计思路 设计构思和创新思维 掌握液压系统设计的一 般程序 规范和方法 3 学生正确使用技术资料 国家标准 有关手册 图册等工具书 进行设计计 算 数据处理 编写技术文件等方面的工作能力 4 学生今昔功能调查研究 面向实际 面向生产 向工人和工程技术人员学 习的基本工作态度 工作作风和工作方法 由于能力有限 设计尚有不足之处 恳请各位老师给予指教 第一篇第一篇 机械部分设计机械部分设计 第一章第一章 系统方案的拟定系统方案的拟定 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 10 1 螺纹套管的夹紧机构仍采用合众近海建设公司的作业现场的相同 虽然 操作上有点不方便 但从经济上考虑 从产量方面考虑 从夹紧的可靠性考虑 采用现场设备 真正做到最大可能地利用原有设备 2 拧紧机构采用液压马达带动旋转拨盘拨动螺纹堵头 将螺纹堵头旋进套 管 采用的液压马达的扭矩很大 可达到 23000Nm 拧紧力 动力很大 能达到螺 纹套管所要承受的扭矩负载 省去了一个庞大的传动系统 使机构简单紧凑 3 因螺纹套管两头都要安装堵头 为节省时间 提高工作效率 堵头的旋 进采用两边同时进行 即两边运动机构除旋转堵头不同外 一个为内螺纹 一个为 外螺纹 其余部分均可做的相同 从工艺方面考虑 不用采用两套不同的工艺 在制造时 应使两边的零部件具有互换性 从而简化工艺 提高系统的性价比 4 系统的拧紧部份的传动链如下 电动机 液压泵 液压马达 联轴 器 旋转拨盘 堵头 5 整个系统的控制采用电气控制 6 在此基础上 拟画螺纹套管试压装置原理图 第二章第二章 机械部分各部件的设计校核与选用机械部分各部件的设计校核与选用 1 夹具部分夹具部分 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 11 考虑到经济性及技术性要求 其定位是采用 V 形块 螺纹套管上面也用 V 形块压住 夹紧依靠液压缸推动连杆机构将工件压紧 其原理示意图如下 液压缸用合众公司现液压缸 其校核已达到要求 2 液压马达液压马达 选根据参考资料 理论输出扭矩T t 马达进出口压力差 P x 排量V 及现场要求选用的马达必须满足 P X V 23000N M 在保证扭矩T t的情况下 初步选用该马达的系统排量为6 3L r 所以马达的压力差 P 2 23000 6 3 pa 22 428 106pa 22 9Mpa 根据提供的数据资料 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 12 用低速大转矩马达 选用NJM型内曲线径向柱塞马达 NJM型内曲线柱塞马达是多作用横梁传动 式径向柱塞式低速大转矩马达 它具有结构紧凑 效率高 转矩大 低速稳定性好等 优点 一般不需要经过变速装置而直接传动转矩广泛用于工程 矿山 器重 运输 船 舶 冶金等机械设备的液压系统中 根据计算数据选取 NJM G6 3径向柱塞马达 其型号标记为 NJM G 6 3 技术参数如下 排量 压力最高转速 转矩 质量 额定 最 大 额定 最大 6 3L r 25 32Mpa 40r min 28849N M 524kg 3 联轴器联轴器 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 13 根据上面选用的马达 由于转矩最大达到 28849N m 采用 G CL 型鼓形齿式联轴器 其型号为 G CL11 如下图 其技术参数为 公称转矩 Tn 35500N M 许用转速 n 2350r min 重量 m3 138kg 转动惯量 J 4 941kg m2 轴孔长度 L 167mm 轴孔直径 d1 d2 120mm D 325mm D1 276mm D2 235mm A 81mm B 170mm C 14mm H 3 5mm 润滑脂用量 V 550ml 4 滚动轴承滚动轴承 轴承承受的力主要为径向力 因而采用深沟球轴承 根据拨盘的直径选取 轴承 选定为型号为 61928 的轴承 其技术参数为 d 140mm D 210mm B 24mm 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 14 m4 1 496kg Cr 65 1KN Cor 67 2KN 61928 轴承的配合的选择 轴承的精度等级为 D 级 内圈与轴的配合采用过盈配合 轴承内圈与轴的配 合采用基孔制 由此轴的公差带选用m6 查表得在基本尺寸为 140mm 时 IT6DE 公差数值为 25um 此时轴的基本下偏差 ei 0 015mm 则轴的尺寸为 mm 外圈与壳体孔的配合采用基轴制 过渡配合 由此选用壳体孔 04 0 015 0 140 公差带为 M6 IT6 基本尺寸为 210mm 时的公差数值为 0 029mm 孔的基本上 偏差 ES 0 015 则孔的尺寸为mm 015 0 044 0 210 5 拨盘的设计与校核拨盘的设计与校核 拨盘的作用是将传递扭矩 将马达的传动传到旋转堵头 为了装拆的方便 将拨盘拨动堵头的部份用螺母将其和旋转堵头拧紧 以防止轴向运动时的冲击 马达的转矩靠联轴器传给拨盘 因联轴器的孔为花键孔 所以拨盘的轴端也要 做成花键轴 以便同联轴器联接 现设计的拨盘的形状与尺寸如下 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 15 从上图知道 拨杆轴最有可能的危险截面将会是 A A 截面 拨杆轴采用高强 度合金钢 25 45MPa 则由扭转强度条件为 T T T W T T Wt 7 684 108 16 768 0 89 108mm3 Tmax Wt 23000 0 89 108 10 9 2 5Mpa T T 可见 拨杆轴的强度适合 现校核花键强度 其中内花键的型号是 INT40ZX3MX30Px7h 因为此联 接为动联接 查有关资料可知此键的许用压力 p 30 60MPa 现校核此花键 p 其中 T 23000NM Z 40 L 40 0 5m 188 4mm m zhld T 3 102 d zm 120mm h 0 8m 2 4mmm 所以 p 2x23000 x103 9 8x40 x0 8x188 4x120 29 6MPa p p 可见此联接是合理的 拨盘的重量估计 m5 120 2 2 160 140 2 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 16 2 290 153 2 2 48 2842 28 152 30 10 9 7 8 103 111kg 6 堵头的设计与校核堵头的设计与校核 1 堵头为内螺纹的堵头 堵头的作用是在螺纹套管进行水压实验时 将螺纹套管密封起来的零件 因水压比较大 其强度要求也要求比较高的 同时在拧紧时 扭矩很大 其螺 纹部份也要做成和螺纹套管相匹配的螺纹形式 为了方便拨盘拨动堵头旋转 堵头的四周也要做出相应的孔 用螺栓连接 现设计的堵头的形状及具体尺寸如下 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 17 因堵头在工作时承受的扭矩较大 同时堵头的注水压力也较大 因此堵头的材 料选用高强度的合金钢 现对其与拨盘螺栓连接强度校核 因为此螺栓联接为受转矩的螺栓组联接 当采用普通螺栓时 靠联接预紧 后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩 由于此联接中各螺栓的预紧程度相 同 即各螺栓的预紧力为 F 所以各螺栓联接处产生的摩擦力均相等 假设此 摩擦力集中作用在螺栓中心处 由本设计的零件可知 4fFK T 即 F 0 s0 fr TKs 4 查有关资料可知 f 0 15 K 1 2 T 23000NM r 265mm s 代入上式公式里可求得 F69452N 0 又根据螺栓危险截面的拉伸强度可知 ca 2 0 4 3 1 D F 281MPa ca 2 20 4 679253 1 螺栓的材料为 45 钢 并经过淬火后回火处理 查手册得此材料的屈服极限为 640MPa s 所以 512MPa 经计算此螺栓联接是合理的 p s s 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 18 2 堵头螺纹接口为外螺纹的堵头 除接口处为外螺纹之外 其余的尺寸与 1 中堵头的尺寸相同 螺纹的旋 合长度 L 也取为 80 具体的校核也就略去 堵头的重量估计 m5 768 2 2 40 3292 2542 54 10 9 7 8 103 202 取为 210 7 移动工作台支承体的重量估计 移动工作台支承体的重量估计 由草图上的尺寸 初步估计其重量 m7 600 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 19 现对移动工作台与马达螺栓联接处校核 因为此螺栓联接为受转矩的螺栓组联接 当采用普通螺栓时 靠联接预紧 后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩 由于此联接中各螺栓的预紧程度相 同 即各螺栓的预紧力为 F 所以各螺栓联接处产生的摩擦力均相等 假设此 摩擦力集中作用在螺栓中心处 拨销插在堵头相对应的孔中 在工作过程中 主要承受堵头的孔对其的挤压作用力 同时拨销还要承受堵头的重量 马达重 量 m 524kg 则 G 5135N 采用八个螺栓 每个承受马列达的重量 G1 G 8 5135 8 614N r 280mm 因扭转而使每个拨销承受的最大力 Fmax Tmax 8r 23000 8 280 10 3 10KN 由示意图可知 2 拨销所受的力最大 其受力大小为 F2 G1 Fmax 614 10000 10614N 45 钢的允许挤压强度 bs 100Mpa 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 20 所以中间位置的螺栓的挤压应力为 bs 10614 2 40 30 10 6 7Mpa PdX103 KUd 可计算得到 式中 K 为经验常数 Pd为电动机的额定功 率 Ud为电动机额定线电压 则有I 15X1000 12X380 33A 根据上面 的情况 选择 CJ20 40 型接触器 电磁线圈电压为 380V 中间继电器全部选用 JL14 11ZQ 型交流中间继电器 电磁线圈电压为 380V 触点电流为 2 5A 动合触点一对 动断触点一对 可满足要求 5 行程开关 行程开关 选用 LX19 K 型的有触点行程开关 常开常闭触点各一对 工作电压为 380V 电流为 5A 6 压力继电器 压力继电器 选用型号为 HED40 的压力继电器 7 控制按钮 控制按钮 全部选择 LA2 型面板安装式按钮 其中 SB1 SB2 为绿色 SB3为红色 8 信号灯 信号灯 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 26 灯亮表明系统供电正常 正处于工作状态 HL 选用 AD1型 工作电压为 380V 颜色为红色 结构为直接式 第三篇第三篇 英文文摘英文文摘 4 4 DiscussionDiscussion The energy balance study does not give all answers concerning the comparison of the HFPE concepts because it is purely static study of the engine s features and it does not take into account dynamical characteristics the dynamic characteristics which have influence on the engine operation are for example speed of the piston hydraulic valves and combustion the effect of the auxliliary equipments was neglected as well The speed of the piston has influence on the flow losses and it sets very high operation requirements for the hydraulic valves The mechanical friction is higher as well All three concepts have higher mean piston speed than the conventional diesel engine The single and opposed HFPE deliver fluid flow only every second stroke TDC BDC because their operation is not symmetrical as it is in the dual HFPE which produce flow with every stoke As a result of this the single and opposed piston HFPE need larger hydraulic accumulators to compensate flow variaton On the other hand in the single and oppose HFPE it is possible to control flow more easily 1 The combustion process has great influence on the engines total efficiency The combustion process is influenced by other systems and processes like fuel injection system and scavenging process for example The efficient combustion in the free piston engine requires very rapid combustion and fast and accurate fuel injection 7 The scavenging process has another important role in the combustion because efficient combustion requires pure mew air The scavenging requirements are most easily implement in the opposed HFPE stopping the piston in the BDC helps scavenging as well On the other hand the intake and exhaust systems are more easy to tune if 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 27 the engine has only one operating frequency like the dual HFPE Auxiliary systems like fuel injection cooling electric supply or starting system were not handled in this study All these systems have power requirements during or before engine running The approximated power requirement for the systems is 3 6kw which decrease the net effective out put of the engine 第四篇第四篇 中文翻译中文翻译 4 4 讨论讨论 能量平衡学没有完全正确回答有关于 HFPE 观念的比较 因为它是纯粹的能 量特征静态学 而且它没有将动态特征考虑进去 动态特征会影响引擎的工作 比如活塞的速度 水力值和燃烧 辅助设备的作用效果也常常被忽略 活塞速度受流程损失的影响 而且它对水力值要求较高的操作要求 对机 械摩擦要求也要求较高 所有三种观念比传统柴油引擎有更高的活塞理论速度 单一和非对称 HFPE 每隔一冲程传送流程一次 TDC BDC 因为它们非对称 的工作 就像在双重的 HFPE 需要较大的水力积聚设备来偿还流程损失 另一方 面 单一 非对称 HFPE 更容易控制流程 燃烧过程对引擎总效率也有很大影响 燃烧过程受其它系统和过程影响 比如燃料流入系统和通风系统 在自由活塞引擎里 有效率的燃烧需要迅速的 燃烧和快速准确的燃料流入 7 通风过程在燃烧中是另一重要角色 国为有效的 燃烧需要纯的新鲜空气 在非对称 HFPE 中 通风设备更容易实现 阻停活塞 就像 BDC 中的清扫系统 另一方面如果引擎只有一个工作频率 像双重 HFPE 螺纹螺纹 套管密封试压装置设计套管密封试压装置设计 28 那么吸气和排气系统更易调节 辅助系统像燃料的流入 冷却 电力供应或启动系统都没有列入研究中 这些系统在引擎工作时或之前 需要动力驱动 这些系统需要大概 3 6KW 的电 力驱动 这将降低引擎的外在效率 第五篇第五篇 总结总结 毕业设计总算是完成了 在心情彻底放松一