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（优秀毕业全套设计）直驱式螺杆泵驱动装置设计（整套下载）

课题要求，查阅与采油螺杆泵相关的中外文资料和专利确定直驱式螺杆泵驱动装置的总体结构设计方案根据螺杆泵的工况选择合适的永磁驱动电机选择合适的机械密封和静密封方案以及轴承支撑设计各机械部件的结构和尺寸，利用三维设计软件绘制装置的三维设计图对关键零件进行强度校核绘制二维总体装配图号图张，并对关键零件进行详细设计，绘制零件的二维设计图至少张撰写毕业说明书份。本文主要包括以下内容第章是对本课题的来源意义发展现状进行概括描述第二章对直驱式螺杆泵驱动装置的工作要求工作原理结构及特点进行详细地介绍第三章是直驱式螺杆泵驱动装置针对不同问题和不同要求的解决方案中运用的主要技术第四章主要是对直驱式螺杆泵驱动装置些重要零件的尺寸计算和校核第五章是总结本次设计的主要内容。直驱式螺杆泵驱动装置设计.直驱式螺杆泵驱动装置图直驱式螺杆泵驱动装置如图所示为新型直驱式螺杆泵驱动装置。为了提高螺杆泵抽油机的总体效率，并且能够保证螺杆泵驱动装置长期高效率无故障运行，根据驱动电机的动态特性油田的工作环境情况已经存在的抽油机驱动装置，对油井还有它的驱动特性做了较为全面的研究。该装置对油田现在主要使用的螺杆泵驱动装置的研究和设计提出了个比较合理具有可行性的解决方案，让这些驱动系统能够始终保持在最佳的工作状态，驱动装置的能量损耗变低，使维护螺杆泵的费用减少，提高整个系统的节能效果，充分发挥它综合的经济效益，也能给螺杆泵驱动装置提供个意义广泛具有实际可行性的商业产品的坚实基础，这样对油田的经济效益也会有很大的帮助。受限于本人的知识储备，无法做到对整个螺杆抽油机系统进行改进和设计，所以针对其中的较为关键的驱动装置进行设计，能够做到弥补常规螺杆泵的些劣势，为机械采油做出些贡献。.直驱式螺杆泵驱动装置要求现在主流使用的螺杆泵地面驱动装置虽然具有体积小结构较简单机械效率较高等优势，但是因为传统的螺杆泵地面驱动装置是用异步电机来提供原动力，通过皮带轮和减速箱组合来传递动力驱动抽油杆，所以在油井的实际使用过程中仍存在着许多的问题，比如皮带轮摩擦失效减速箱多级传递导致机械损失较高，最大可达驱动装置结构不够紧凑，以及加工和安装误差都会导致电机偏置使驱动装置重心与油井轴线产生偏心距，导致抽油杆磨损盘根盒密封不严泄漏量偏大系统零部件较多，出现故障时不易检测，给设备维护和检修造成困难等。本次设计解决这些问题的方法是设计直驱式螺杆泵通过永磁同步电机直接驱动抽油杆柱。这里的永磁同步电机通过交流变频方式来调节速度，利用永磁电机的反转也就是我们通常所说的发电机原理和能耗电阻来抵消装置反转产生的电能，以达到永磁同步电机直接驱动抽油杆工作的目的。螺杆泵驱动装置需要实现的目的已经很明确，需要该驱动装置能够直接将电机的动力传递给抽油杆，抽油杆带动油井中的螺杆泵进行工作。为了提高工作系统的可靠性，装置的各部分需要与电机主体部分相互独立。其次，因为驱动装置需要将电机的动力直接传递给抽油杆，所以设计的装置是装在驱动电机内部的，这样就必须做好密封工作，以防止抽油杆抽上来的油进入到驱动装置的内部甚至进入到电机内部。新油井在安装螺杆泵的时候或者在设备发生故障的时候，都要涉及到抽油杆。油井的深度般都在几百米或者上千米，而抽油杆的长度长的也就十几米，所以就需要将很多抽油杆组装在起才能达到需要的深度。而长度这么长如果安装前在地面先安装好的话需要很大的空间，而且组装好再往井下放可操作性也不大，所以就需要把抽油杆边安装边组装。发生故障的时候需要取出抽油杆也必须把抽油杆提出节卸下节。这个时候就需要在组装和拆卸的时候需要把还留在井中的部分固定住，不能让剩下的部分掉进井里。这个驱动装置必须能够实现这个功能。上述三个问题是这次设计必须要解决的三个主要问题，还存在下细节问题需要解决。比如螺杆泵驱动装置在工作中不仅要传递扭矩给抽油杆柱，因为抽油杆自身有重量，而且数十根上百跟的抽油杆组装在起这个重量是不能忽略的，同时螺杆泵工作的目的就是为了将地下的油抽到地面上，液体的重量也是必须考虑的，所以需要装置能够承受抽油杆柱和举升液体的重力。.结构设计首先，为了能够承受抽油杆柱自身的重力和举升油液混合物的重力，借鉴国内外的支撑装置通常采用在电机内部安装承载轴承直接承受轴向载荷和润滑脂润滑轴承的方式，可是这样的设计方案却存在定的弊端，因为直接把直驱电机当成了主要承载部件，主承载轴承采用脂润滑方式冷却效果比较差，这样在定程度上使故障发生的几率增高。为了解决这个问题，把传动轴设计成空心轴，将电动机驱动轴的传递给抽油杆并承受抽油杆柱和举升液体的自重，并最终将产生的轴向力作用在箱体内的主轴承上，而电机的作用只是用来传递扭矩载荷。从驱动装置的外部结构上看可以分为四个部分。如图所示，从上到下依次是机械密封装置永磁同步驱动电机轴向承载装置和卡瓦封井装置。图驱动装置总体结构示意图永磁驱动电机是种同步力矩电机，永磁同步力矩电机具有结构简单使用方便可靠性高体积小重量轻高效节能的特点。因此永磁同步电机的转子上不会产生励磁损耗，滑环与电刷之间不会产生磨擦损耗，也没有接触电损耗。内部结构具体包括电机定子和电机转子，永磁驱动电机的电机轴采用的是空心阶梯轴，电机空心轴内套有密封中心管，该密封中心管的外径也是呈阶梯状，以方便与些密封装置的配合。机械密封装置包括机械密封定盘机械密封动盘密封压盖和中心扶正轴承，其中中心扶正轴承安装在从永磁驱动电机的内部延伸出来的密封中心管上，中心管扶正轴承的上面依次安装密封压片机械密封动盘和机械密封定盘，密封压片与密封动盘还有电机空心轴的内壁实现密封接触。在电机空心轴的外壁上部设有两个平键槽，电机就是通过平键将扭矩传递给压帽，然后再通过压帽进行扭矩的传递。另方面压帽也通过该平键将机械密封装置的各部件罩在里边。轴向承载装置主要包括两端设有法兰盘的上本体，在上本体内装有轴向承载轴承及润滑承载轴承的润滑池，进而来承载装置中包括抽油杆自重和举升油液混合物重力在内的轴向力。上本体通过螺栓连接与永磁驱动电机的底座连接在起。如图所示，卡瓦封井装置包括预计轴向承载装置类似的两端设有法兰盘的下本体。该下本体上端通过螺栓连接与上本体连接起来，下端与井口也通过螺栓连接起来。在下本体内装有两块密封闸板，两密封闸板端各铣有个与抽油杆柱半径相同的半圆槽孔，对合后呈圆形，在密封闸板上以及与两密封闸板对合后重合的缝隙垂直的径向上分别铣有型槽。在下本体的侧壁上通过焊接方式将圆柱筒固定住，筒口螺纹连接放油丝堵，端靠孔用挡圈限制放油丝堵的位置。密封闸板的型槽内还连接有丝杆，丝杠的另端伸出圆柱筒口，丝杠在圆柱筒外的部分有部分制作成正六边形。图卡瓦封井装置.工作原理图驱动装置内部结构示意图如图所示，系统工作的时候，电动机起动，电机空心轴开始转动。空心轴上部设有两个键槽可以安装平键，平键与压帽上的键槽契合，通过平键将扭矩传递给压帽。压帽上端凸台与方卡子下端配合，当方卡子上的螺栓扭紧的时候可以将方卡子与压帽紧紧地压在起，将压帽上的扭矩传递给方卡子。而方卡子是由对称的两件组成，中间铣有与抽油杆半径相同的半圆槽，当两件方卡子配合的时候可以恰好将抽油杆夹在中间，扭紧螺栓可以将抽油杆牢牢夹紧，将压帽上的扭矩传递给抽油杆，这样实现电机直接带动抽油杆进行工作。工作过程中抽油杆自重以及举升液体产生的重力通过空心电机轴左右在轴向承载轴承上，以承载系统产生的轴向力。在工作之前需要安装抽油杆或者装置发生故障需要拆卸的时候，可以通过卡瓦封井装置对抽油杆的压紧和松开来实现抽油杆的边安装边组装或者边拔起边拆卸。.本章小结因为本次设计主要是对直驱式螺杆泵驱动装置的设计，电机是选用已有的电机，所以没有再对电机进行设计。因此设计的过程中很少涉及到电机部分。重要技术解决方案.密封问题因为该装置直接与石油接触，而电机内部又必须隔绝石油，所以必须做好密封。装置的主要部件又是在运动的，所以普通的密封方式效果比较差，需要使用具有针对性的运动密封方式才行。这里根据驱动装置的运动特点主要介绍两种密封方式机械密封和型密封圈密封。如图所示为本次设计的直驱式螺杆泵驱动装置的上端主要密封部分。图直驱式螺杆泵驱动装置上端密封部分机械密封图简易的机械密封件根据驱动装置的结构和运动方式可以发现密封中心管内部可能有残留的石油，可能顺着抽油杆的转动从密封中心管中进入到压帽的空腔内，压帽与电机空心轴连接配合，如果压帽空腔内的石油进入到电机内部就会对电机造成损坏，影响寿命，所以必须做好密封工作。因为电机空心轴是运动的，所以普通的密封效果不好，必须通过种动态密封来解决该密封问题，机械密封可以很好的解决这个问题。机械密封如图所示，是指由至少对与旋转轴线互相垂直的端面在流体的压力和辅助机构所提供的弹力补偿的作用下再配合着辅助密封件来保持与所需密封部位的贴合并相对滑动来组成实现防止液体泄漏的装置。在些轻型密封中，因为橡胶波纹管弹力有限，所以般情况下还需要外加辅助弹簧来满足弹力补偿。由于电机空心轴是贯穿整个设备的，在设备外部也会有部分电机空心轴，这样，空心轴与设备之间就会有个圆周形状的间隙，设备中的液体可能会通过这个间隙泄漏到设备外部，如果设备内的压力比环境压力小，那么设备外的空气就会向设备内泄漏，所以需要有个密封装置来阻止泄漏。在众多的轴类密封方式中，因为机械密封泄漏量较少和有很长的使用寿命等，所以机械密封的密封方式是在此类设备中最常用的种密封方式。在此驱动装置中，因为空心电机轴是转动的，在转动的过程中也可能会产生轻微的轴向运动。普通的密封方式适合静态密封，而对运动的部件密封效果不好。机械密封包括机械密封定盘机械密封动盘密封压盖即上压紧螺母，中间有弹簧提供弹力补偿。当设备工作时，通过中心扶正轴承防止中心管和电机空心轴的径向运动，通过压紧螺母与机械密封定盘接触压紧为机械密封动盘提供预紧力，将机械密封定盘牢牢地压在密封件上使其紧密接触，防止部分通过中心管的液体泄漏到设备外，达到很好的动密封效果。型密封圈因为螺杆泵在工作的时候工作腔内的流体压力不是固定不变的，般的密封方式通常只能满足密封压力稳定的情况下的密封。针对这种情况，这里应用了种更合适的密封方式，可以更好地满足工作腔内流体压力不断变化的密封要求。图型密封圈如图所示，形密封圈截面形状为形，形密封圈主要由支撑环压环密封圈三部分组成。密封圈的标准角度是，特殊情况下也会用到夹角。支承环是支撑形密封圈的重要部件，它的断面厚实尺寸精确凹角与形密封圈的夹角相同或者比其稍大些，这样可以使密封圈安放的时候稳定。压环的作用是给形密封圈提高个初始的压缩量，让密封圈与需要密封的表面接触更加充分，并且可以调节密封圈的压缩量。在自然状态下，形密封圈的外径大于压帽腔的内径，密封圈的内径小于抽油杆的直径。这样，装配后已经产生了定的形变。由于支撑环的作用使这种形变仅发生在密封圈的尖端，并且在它与需要密封的接触部位产生压力，即使不另外施加压紧力，唇口也能对内压定的流体进行密封。在此，型密封圈与压紧螺母配合，当密封腔内的压力升高时，调节压紧螺母的旋进旋出来压紧密封圈，通过压紧作用来为密封圈增加压紧力，以实现密封腔内不同压力情况下的密封目的。.抽油杆安装和卸载问题螺杆泵抽油机在工作和停歇或者在发生故障的时候都需要将抽油杆组装和取出，而油井的深度通常是几百米和几千米范围内，抽油杆的标准长度在几米或者十几米之间为了实际需要也有许多不同标准的短杆，所以在实际使用过程中需要把很多抽油杆组装起来。而几千米的抽油杆在安装前组装好又不现实，需要电机在工作的时候边安装边组装，这个时候需要将已经安装的抽油杆固定住以便组装剩下的部分。这样就需要驱动装置能够起到对抽油杆的固定作用。在这里使用的是如图所示卡瓦封井装置来解决这个问题。图卡瓦封井装置以安装抽油杆为例。当安装抽油杆时，通过旋转丝杠推动密封闸板。密封闸板端铣有与