油田钻机用液力偶合器传动装置的研制

论文摘要

本文在收集分析国内、外有关钻机传动机械的设计、计算、分析、使用等资料的基础上,结合40钻机的传动及使用特点,确定设计该型传动装置应遵循的原则是:在满足40钻机整机技术指标先进性的前提下,提高传动装置的可靠性能,达到安全钻井、提高钻井效率、降低钻井成本的目的。本设计充分借鉴国内外先进经验,利用国内外成熟的技术及研究成果,通过对现有钻机传动装置的优缺点进行分析,结合液力传动的特点,给出本课题研究的重点。确定40钻机偶合器传动箱的总体设计方案。结合动力机组和变速装置的性能参数的基本要求,确定了YO7503偶合器传动箱的基本参数,确保该动力机组总体性能指标的国内先进性。具体工作如下:1、本课题设计大功率、高效率的YO7503偶合器传动箱。使动力机组的效率提高了15~25个百分点,大大降低了柴油机燃油消耗,提高了动力机组及传动部件的寿命。提高传动装置的适配性能,达到实用、经济的目的。2、本课题设计了一种与传统结构不同的偶合器快速排油阀,设计了大型偶合器的快排能力和离合功能。3、本课题设计了一种能够使液流分成“大、小循环”两种油路分别运动的控制阀,它使冷却更加合理,能够控制液力传动油的温度在一个合理的范围,以达到传动元件的高效率。4、本课题对能够满足1200kW的机械减速箱的轴系、轴承、齿轮进行了机械强度校核,因为在油田的使用条件十分恶劣,所以各主要部件的安全系数较大,符合油田钻机传动装置的设计特点。5、本课题应用机械设计自动化软件(Pro/E)建立了偶合器传动箱实际工况下泵轮、涡轮、旋转外壳的实体模型。科学合理地确定了它们的约束条件、载荷分布,运用Ansys有限元分析软件对叶轮进行了有限元计算分析。根据叶轮有限元分析计算结果,对叶轮进行了尺寸修改并强度校核。改善了叶轮的强度条件。采用Ansys对叶轮的有限元计算结果与理论公式计算结果基本吻合,从而验证了采用Ansys软件对叶轮的有限元分析计算模型、边界条件的确定和载荷的分布规律是正确和合理的。通过对叶轮的有限元计算结果分析,找到了叶轮应力及应变分布规律,为今后偶合器叶轮设计提供了理论依据和方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概论
• 1.1 引言
• 1.1.1 国外钻机发展与现状
• 1.1.2 我国石油钻机现状与国外的差距及主要问题
• 1.1.3 我国4000 米钻机的技术现状
• 1.2 液力传动发展简史
• 1.2.1 液力传动元件的特性指标
• 1.2.2 变矩器工作原理及工作特性简介
• 1.2.3 偶合器工作原理及工作特性简介
• 1.3 国内外钻机传动装置的发展与现状
• 1.3.1 国内外钻机传动装置技术现状
• 1.3.2 国内钻机传动装置用液力传动产品现状
• 1.4 本课题的任务和意义
• 1.5 本设计任务的主要内容
• 本章小结
• 第二章 钻机主传动装置的设计原则与一般配置
• 2.1 参照执行的技术标准
• 2.2 设计原则
• 2.3 设计方法
• 2.4 钻机主传动装置总体方案
• 2.4.1 钻机的基本配置
• 2.4.2 钻机动力机组基本配置
• 本章小结
• 第三章 偶合器传动箱的方案设计
• 3.1 传动箱的基本参数
• 3.2 传动箱的布置
• 3.2.1 传动箱安装尺寸
• 3.2.2 传动箱主传动布置
• 3.3 控制系统的设计
• 3.3.1 传动箱控制原理
• 3.3.2 温控阀的工作原理
• 本章小结
• 第四章 部件设计
• 4.1 基本部件的设计
• 4.1.1 基本部件的设计理论
• 4.1.2 设计结果
• 4.2 重要部件的设计
• 4.2.1 机械设计自动化软件Pro/E 简介
• 4.2.2 有限元法
• 4.2.3 偶合器循环圆的优化设计
• 本章小结
• 第五章 试验、试用结果及改正
• 5.1 问题的出现
• 5.1.1 散热器破损
• 5.1.2 轴承烧损
• 5.1.3 风扇断裂
• 5.2 问题的讨论与确诊
• 5.2.1 散热器破损原因
• 5.2.2 轴承损坏原因
• 5.2.3 风扇断裂原因
• 5.3 改正及验证结论
• 5.3.1 散热器破裂处理措施
• 5.3.2 轴承烧损处理措施
• 5.3.3 风扇断裂处理措施
• 5.4 试运行情况的反馈
• 5.5 经济效益
• 5.6 社会效益
• 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读工程硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢