【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文） 題目 泥漿攪拌器 設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 教學(xué)院系 專業(yè)年級(jí) 指導(dǎo)教師 單 位 輔導(dǎo)教師 單 位 完成日期 2021 年 06 月 10 日 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 摘 要 本文針對(duì)泥 漿 攪拌器的軸密封問(wèn)題而導(dǎo)致漏油現(xiàn)象，攪拌器功率過(guò)大造成浪費(fèi)問(wèn)題及勞動(dòng)強(qiáng)度大不能保證攪拌器葉輪的扭矩等問(wèn)題 ， 在收集分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)動(dòng)力鉗的設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算、使用等資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)目前在用的泥 漿 攪拌器存在的一些問(wèn)題，開(kāi)展了 。 本 設(shè)計(jì) 主要完成了以下工作： 漿 攪拌器的相關(guān)資料進(jìn)行分析研究，明白了泥 漿 攪拌器的特點(diǎn)、原理及發(fā)展方向， 并結(jié)合國(guó)產(chǎn)攪拌器的技術(shù)現(xiàn)狀和生產(chǎn)實(shí)際提出具體的設(shè)計(jì)方案。 漿 攪拌器的結(jié)構(gòu)方案、主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算和其強(qiáng)度計(jì)算。 ，繪制了具體的裝配圖及必要的零件圖。 總之， 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外固控系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)研，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)攪拌器的優(yōu)點(diǎn)及現(xiàn)存的缺點(diǎn)；通過(guò)開(kāi)展鉆井液攪拌器設(shè)計(jì)工作，為研制新產(chǎn)品，提 高攪拌器的綜合性能提供理論依據(jù)和方法，最終設(shè)計(jì)出了結(jié)構(gòu)合理、工作安全的鉆井液攪拌器，以達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞： 固控系統(tǒng) ；鉆井液 攪拌器 泥漿攪拌器設(shè)計(jì) 3 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 設(shè)計(jì)目的及意義 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是設(shè)計(jì)鉆井液攪拌器，內(nèi)容涉及到攪拌器關(guān)鍵件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論計(jì)算，重點(diǎn)解決攪拌器軸封問(wèn)題等。 專 業(yè)知識(shí)加深理解，也將了解到固相控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)外最新發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)。 隨著我國(guó)科學(xué)鉆井的巨大進(jìn)步，而鉆井液固控技術(shù)已成為科學(xué)鉆井中一項(xiàng)重要的組成部分。鉆井液攪拌器是固控設(shè)備的重要組成部分，目的是清除泥 漿 中的固相 組織，維持泥 漿 優(yōu)良性的保證，而優(yōu)良的保證能是預(yù)防鉆井井下事故、防止傷害、保護(hù)產(chǎn)層、提高鉆速、降低成本的前提。 設(shè)計(jì)背景 升降式鉆井液泥 漿 攪拌器是在現(xiàn)有泥 漿 攪拌器的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)發(fā)展起來(lái)的一種新型、高效的新產(chǎn)品，其主要用途是實(shí)現(xiàn)成泥 漿 固、液均勻的主要功能。具體辦法是采用空心 蝸 輪軸傳遞扭矩。在空心 蝸 輪軸中設(shè)有螺桿，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪和螺母使螺桿升降，帶動(dòng)葉輪升降，能使攪拌器的葉輪調(diào)整到需要的高度有效的避免了循環(huán)灌中沉淀物埋沒(méi)葉輪；還可以通過(guò)調(diào)整葉輪的高度使攪拌器充分發(fā)揮攪拌作用。因此，研究 鉆井 液泥 漿 攪拌器必須深入 了解國(guó)內(nèi)外攪拌器的使用性能和技術(shù)現(xiàn)狀 。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 國(guó)外研究現(xiàn)狀分析 從 80 年代中期開(kāi)始，美國(guó)、蘇聯(lián)、英國(guó)等一些西方國(guó)家建立了成熟的工藝 和科研隊(duì)伍，他們的固控設(shè)備性能良好、工作穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)，已實(shí)現(xiàn)設(shè)備類型的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和專用化。 國(guó)外固控設(shè)備水平以美國(guó)的 BRANDT、 SWACO、 DERRICK 等公司為代表，質(zhì)量和性能處于世界首位。國(guó)外特別重視固控系統(tǒng) 設(shè)備 的優(yōu)化配置和整個(gè)固控系統(tǒng)的效率評(píng)價(jià)，并為此開(kāi)發(fā)了鉆井液固相控制專家 系統(tǒng)。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀分析 我國(guó)的鉆井液固控設(shè)備及工藝的研 究和具體應(yīng)用工作起步較晚。在 80 年至 泥漿攪拌器設(shè)計(jì) 5 80年代中期內(nèi)，我國(guó)開(kāi)始了鉆井工業(yè)固控設(shè)備的研究與使用。針對(duì)攪拌器的研 究 ，經(jīng)過(guò)近幾年的努力，從仿真測(cè)繪階段，發(fā)展到自己研發(fā)新結(jié)構(gòu)，并研制出 升降可調(diào)，徑向與軸向同軸安裝；機(jī)身可搖擺的多種攪拌器。但國(guó)產(chǎn)的固控設(shè) 備在性能、壽命方面與國(guó)外固控設(shè)備有一定差距，主要是材料、 加工工藝、 加 精度和配套的通用設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)）的質(zhì)量。 其中，生產(chǎn)攪拌器的廠家主要有： 滄州華滄石油機(jī)械廠、華北石油管理局第一機(jī)械廠、滄州中油固控設(shè)備有限公 司、 山東省淄博市博山防爆電器廠等 。 技術(shù)路 線 綜合運(yùn)用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法、鉆井工程、水力學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，采用理論分析、計(jì)算和計(jì)算機(jī)繪圖相結(jié)合的方法開(kāi)展泥 漿 攪拌器的研究工作。 主要思想是 將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有機(jī)結(jié)合，首先從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和資料收集著手，廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外泥 漿 攪拌器的相關(guān)文獻(xiàn)資料，弄清國(guó)內(nèi)外泥 漿 攪拌器的技術(shù)現(xiàn)狀及下一步的發(fā)展方向；在此基礎(chǔ)上，深入開(kāi)展產(chǎn)品機(jī)理研究，對(duì)泥 漿 攪拌器的工作特性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和受力狀況進(jìn)行較為全面和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，為下一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)；通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)泥 漿 攪拌器結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行比較和多個(gè)設(shè)計(jì)方案對(duì)比論證，根據(jù)現(xiàn) 場(chǎng)生產(chǎn)需要提出技術(shù)可行、結(jié)構(gòu)先進(jìn)的泥 漿 攪拌器設(shè)計(jì)方案和技術(shù)參數(shù)；采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）方法，對(duì)主要零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 最終設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)良、可靠 性好的升降式泥 漿 攪拌器產(chǎn)品，以滿足高速發(fā)展的現(xiàn)代鉆井工業(yè)的需要。 此次設(shè)計(jì)的 總技術(shù)路線是： 資料調(diào)研 及準(zhǔn)備工作 傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 方案設(shè)計(jì) 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書及論文 攪拌器零件強(qiáng)度校核 攪拌器零件 設(shè)計(jì) 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 設(shè)計(jì)可行性分析 升降式泥 漿 攪拌器在我國(guó)石油礦場(chǎng)中，已開(kāi)始應(yīng)用，我國(guó)科學(xué)工作者在實(shí)驗(yàn)研究、理論研究方面作了大量的工作（特別是華北石油管理局），在這方面已取得了大量成果。本設(shè)計(jì)通過(guò)收集、查閱資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，在現(xiàn)有泥 漿 攪拌器的研究基礎(chǔ)上開(kāi)展升降式泥 漿 攪拌器的設(shè)計(jì)工作是可行的。 現(xiàn)存的問(wèn)題 鉆井液攪拌器是一種專用攪拌器，一般情況下不能簡(jiǎn)單地將化工、石油煉制、食品等工業(yè)中使用的攪拌器搬過(guò)來(lái)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)攪拌器應(yīng)注意： ① 生產(chǎn)實(shí)踐中攪拌器功率不足易于覺(jué)察，而攪拌器功率過(guò)大造成浪費(fèi)的問(wèn)題則易忽略 ② 攪拌軸的密封問(wèn)題，易產(chǎn)生漏油現(xiàn)象。 ③ 攪拌葉輪的選擇問(wèn)題。 對(duì)應(yīng)的解決方案 ① 可 運(yùn)用 Bates 算圖 或 Rushton 算圖確定攪拌器功率。 ② 采用多組 V 型盤根，它具有自封性能和自我補(bǔ)償能力，長(zhǎng)期不調(diào)整也不會(huì)產(chǎn)生漏油現(xiàn)象 。 ③ 采用開(kāi)啟式 蝸 輪式葉輪，保證攪拌的強(qiáng)度。 設(shè)計(jì)的主要工作及內(nèi)容 經(jīng) 過(guò)兩個(gè)多月畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間，在指導(dǎo)老師莫麗的悉心指導(dǎo)下，很有成效的 完成了以下設(shè)計(jì)相關(guān)工作： ① 利用網(wǎng)絡(luò)與書籍搜集 鉆井液攪拌器相關(guān)資料，在認(rèn)真閱讀前輩的相關(guān)開(kāi)創(chuàng)性研究資料的基礎(chǔ)上 ，完成 設(shè)計(jì)的 開(kāi)題 ； ② 撿 取資料中與設(shè)計(jì)主題相關(guān)性極大的 外文資料 文章翻譯成中文，并依照原文做了電子排版； ③ 根據(jù)相關(guān)資料完成了鉆井液攪拌器 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 、 理論計(jì)算 以及強(qiáng)度校核工作； ④ 在設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上完成了攪拌器 主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，并用 CAD 軟件繪制了攪拌器的裝配圖及部分 零件圖。 泥漿攪拌器設(shè)計(jì) 7 理論依據(jù) 本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)理論、理論力學(xué)、 機(jī)械制圖、工程力學(xué)、機(jī)械原理、化工密封技術(shù) 、 CAD 設(shè)計(jì)等相關(guān)學(xué)科，在現(xiàn)有鉆井液攪拌器的研究成果基礎(chǔ)上，開(kāi)展攪拌器關(guān)鍵件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論計(jì) 算。設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是傳動(dòng)軸的密封問(wèn)題、攪拌器功率的確定、攪拌器葉輪循環(huán)流量的計(jì)算等。 其中， 設(shè)計(jì)中將參考以下文獻(xiàn)作為設(shè)計(jì)理論依據(jù)： ① 龔偉安．鉆井液固控系統(tǒng)及設(shè)備．石油工業(yè)出版社： 1995 ,04 ② 華東石油學(xué)院礦機(jī)教研室編．石油鉆采機(jī)械．石油工業(yè)出版社： 1980 ③胡國(guó)楨，石流主編．化工密封技術(shù)．化學(xué)工業(yè)出版社： 2021 ④機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ⑤ 陳立德，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，高等教育出版社（第三版） 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 總體方案 本次設(shè)計(jì)的鉆井液攪拌器采用 蝸 輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)， 蝸 輪蝸桿的 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)比大，可靠性高，在鉆井液攪拌器中最常使用。 在確定好傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)后，進(jìn)行攪拌器主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，如蝸桿傳動(dòng)、攪拌軸、空心 蝸 輪、葉輪等。最后對(duì)設(shè)計(jì)好的零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 鉆井液攪拌器 蝸 輪蝸桿的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖 21 蝸輪蝸桿 — 皮帶傳動(dòng) 參數(shù)確定 本次設(shè)計(jì) 的理論參數(shù)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)攪拌器使用要求制定的。產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到如下性能參數(shù)： 輸入功率： ； 輸出轉(zhuǎn)速： 72 r／ min， ； 葉片直徑： 820 mm； 額定電壓： 380V； 泥漿攪拌器設(shè)計(jì) 9 傳動(dòng)比： 1： 20； 葉輪排 量： 28ml／ min； 升距離： 550 mm； 葉片數(shù)： 4個(gè)； 傾角： 60176。； 另外，試驗(yàn)用鉆井液性能為：密度 ／ cm ，塑性粘度 7MPa s，宏觀粘度67． 5MP a﹒ s，動(dòng)切力 ，靜切力 70Pa。 原動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇 選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)綜合考慮動(dòng)力來(lái)源、價(jià)格、投資和維護(hù)管理費(fèi)用等。 根據(jù)工作條件選用 YB 系列隔爆型異步電動(dòng)機(jī)。 YB 系列隔爆型電動(dòng)機(jī)是 Y(IP44)系列電動(dòng)機(jī)的派生產(chǎn)品，具有高效、節(jié)能、噪聲小、運(yùn)行安全可靠、安裝尺寸和功率等級(jí)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)。 此外它采用封閉自扇冷式，增強(qiáng)外殼的機(jī)械強(qiáng)度，并保證組成外殼的各零部件之間的各接合面上具有一定的間隙參數(shù)。 考慮到鉆井液攪拌器的設(shè)計(jì)參數(shù)的要求，其輸入功率是 ，輸出轉(zhuǎn)速較低 ，n=72r/min， V 帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍為 i1=24， 蝸 輪蝸桿傳動(dòng)比 i2為 20，所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可選范圍為 N=n i1 i2=72（ 24） 20=28805760r/min，同時(shí) 綜合 考慮傳動(dòng)設(shè) 計(jì)要求和價(jià)格等方面的因素，選用 YB2 160M12 型隔爆電機(jī)作為 鉆井液攪拌器的動(dòng)力源。其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如下表 23： 表 23 YB2 160M12 型 隔爆電機(jī) 型號(hào) YB2 160M12 功率因數(shù) 功率 11KW 噪音 dB 86