Модернизация бурового поршневого насоса НБТ-950/32-Разработка конструкции бурового насоса НБТ-950/32 с передачей от редуктора, взамен клиноременной передачи-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Модернизация бурового поршневого насоса НБТ-950/32-Разработка конструкции бурового насоса НБТ-950/32 с передачей от редуктора, взамен клиноременной передачи-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
ГЛАВА 2 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРИВОДНОЙ ЧА-СТИ НАСОСНОГО АГРЕГАТА.
2.1. Основные положения технического задания на конструирования насосного агрегата.
1. Наименование и область применения.
1.1 Наименование изделия и его шифр НБТ-950/32 М.
1.2 Насос предназначен для нагнетания в скважину промывочной жидко-сти с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы (шлама) и вы-носа ее на дневную поверхность; охлаждения и смазки долота; создания гидромониторного эффекта при бурении струйными долотами; приведе-ния в действие забойных гидравлических двигателей.
1.3 Возможность использования изделия для поставки на экспорт. Насос НБТ-950/32М может поставляться на экспорт самостоятельно при наличии патентной чистоты по стране поставок.
2. Основание для разработки.
2.1. Организация, утвердившая документ.
Кафедра НГМО в лице заведующего кафедрой Сысоева Н.И.
2.2. Тема, этап отраслевого и тематического плана в рамках которого бу-дет выполнятся задание - практическое занятие.
3. Цель и назначение разработки.
3.1. Заменяемое старое или создание нового – проектируется насос повы-шенной надежности и уменьшенными габаритами.
3.2. Ориентировочная потребность по годам с начала серийного произ-водства – выпуск по заказам предприятия.
3.3. Источники финансирования – предприятие.
3.4. Количество и сроки изготовления – оговаривается с заказчиком.
3.5. Предполагаемые исполнители – кафедра НГМО, завод буровой техни-ки.
4. Источники разработки:
4.1. Протоколы лабораторных и производственных испытаний – отсут-ствует.
4.2. Конструктивные проработки – конструкторская и нормативная доку-ментация, требования по эксплуатации.
4.3. Перечень других источников:
- Справочное пособие, Абубакиров В.Ф. «Буровое оборудование»;
- Ильский А.Л., Миронов Ю.В., Чернобыльский А.Г. Расчёт и конструиро-вание бурового оборудования. М.: Недра, 1985.
- Чичеров Л.Г., Молчанов Г.В., Рабинович А.М. Расчёт и конструирование нефтепромыслового оборудования. М.: Недра, 1987, 422 с.
5. Технические требования.
5.1. Стандарты и нормативно-техническая документация (Конструкторская и нормативная документация, требования по эксплуатации, Стандарты и нормативно-техническая документация, ГОСТ 16293-89, ГОСТ 12.2.041-79).
5.2. Состав изделия, требования к устройству.
Насос представляет собой полностью собранный на заводе узел, состоя-щий из рамы, на которой устанавливаются и закрепляются приводной блок, редуктор.
5.3. Требования к показателям назначения, надёжности и ремонтопригод-ности.
Насос должен удовлетворять следующим требованием:
- простота конструкции необходимая для достижения высокой работоспо-собности оборудования, эксплуатируемого в среде абразивной жидкости;
- долговечность машин, механизмов и их деталей, представляющая собой время безотказной работы в нормальных условиях в часах, соответствую-щая межремонтному сроку или кратная ей, определяет сроки физического износа, соответствующего определенным технико-экономическим показа-телям;
- ремонтоспособность оборудования должна создавать возможность ре-ставрации или замены отдельных быстроизнашивающихся деталей или уз-лов непосредственно в промысловых условиях или в условиях механиче-ских мастерских буровых предприятий;
- стандартизация и унификация, обеспечиваемая созданием ГОСТов на от-дельные машины, механизмы и инструменты, приводит к конструктивному единообразию оборудования, уменьшению числа их типоразмеров и определению эксплуатационных параметров. Стандартизация, унификация и нормализация способствует значительному упрощению эксплуатации машин, облегчению ухода за оборудованием и их ремонтов. Уменьшению номенклатуры запасных частей;
- должно обеспечивать работу обслуживающего персонала при эксплуата-ции и ремонте буровых машин и бурильного инструмента. При конструи-ровании бурового оборудования должны быть предусмотрены необходи-мые прочности всех ответственных узлов и деталей независимо от их экс-плуатационных показателей.
5.4. Требования к унификации
При разработке конструкции насоса НБТ-950/32М от конструкции серий-ного НБТ-950/32М должны быть заимствованы основные сборочные еди-ницы Требования к безопасности эксплуатацию НБТ-950/32М необходимо выполнять в соответствии с правилами безопасности в нефтегазовой от-расли, правилами технической эксплуатации насосов.
5.5  Эргономические и эстетические требования. Эргономические пока-затели должны обеспечить максимальную эффективность, безопасность и комфортность труда.
5.6 Требования к патентной чистоте – НБТ-950/32М должен обла-дать патентной чистотой по странам СНГ, бывшим СЭВ, США, Англии, Франции, Японии, Германии.
5.7 Требования к номенклатуре изделия – приводной редуктор, ко-ленчатый вал, шатун, крейцкопфы, поршни штоки, цилиндры, гидроблок.
5.8  Требования к эксплуатации – НБТ- 950/32М рассчитан на дли-тельную безотказную работу, для чего необходимо выполнение следующих требо-ваний:
1) допускается эксплуатация только в соответствии с технической харак-теристикой; перегрузки не допускаются;
2) своевременная и правильная смазка узлов и НБТ-950/32М и трансмис-сии в соответствии с картой смазки;
3) своевременный осмотр, подтяжка креплений, регулировка механизмов, заме-на быстроизнашивающихся деталей; соблюдение других требований ведом-ственных инструкций, действующих в отрасли, по эксплуатации.
6.Экономические показатели.
6.1. Ориентировочный экономический эффект от применения одного насо-са НБТ-950/32М – в данной практической работе не подсчитывается.
6.2. Срок окупаемости затрат – в данной практической работе не подсчи-тывается.
6.3. Лимитная цена - в данной практической работе не подсчитывается.
6.4. Предполагаемая потребность по заказам предприятий.
7. Стадии и этапы разработки.
7.1. Разработка конструкторской документации для изготовления опытной партии НБТ-950/32М до 28.12.07.
7.2. Изготовление и предварительные испытания опытного НБТ -950/32М.
7.3. Приёмочные испытания опытной партии НБТ-950/32М.
7.4. Корректировка конструкторской документации на установочную се-рию.
7.5. Изготовление установочной серии НБТ-950/32М.
2.2 Анализ известных технических решений.
Серийно выпускаются насосы, комплектуемые следующими приводами:
- клиноремённая передача;
- двухступенчатый редуктор,
- гидротрансформатор.
Клиноремённая передача имеет следующие преимущества:
- простота конструкции,
- лёгкость в изготовлении,
- удобство монтажа.
Но также имеет ряд недостатков:
- проскальзывание,
- невысокий КПД,
- повышенные габариты,
- сильный износ ремней.


Двухступенчатый редуктор имеет широкое применение в машиностроении, и имеет ряд преимуществ:
- уменьшенные габариты,
- повышенный КПД,
- отсутствие проскальзывания
- увеличенный срок службы.
К недостаткам этого редуктора можно отнести:
- большая металлоемкость,
- высокая стоимость,
- сложность монтажа.

2.4. Кинематический расчет и геометрия передач редуктора
Кинематическая схема насоса НБТ-950/32М



Целью кинематического расчета является распределение передаточного числа, по ступеням редуктора, определение скоростей движения передаю-щих деталей, подбор двигателя и установление других кинематических параметров. При выполнении расчетов обычно определяют:
а) передаточное отношение и передаточное число и каждой передачи ре-дуктора:
     (2.4.1)
     (2.4.2)
б) общее передаточное число редуктора u общ =16
u общ.= ;    (2.4.3)
где nдв., nн. – частота вращения двигателя и насоса ;
в) общий к. п. д. редуктора η0бш
ηобш= η ּη η ;
ηобш =0,97
где η , η ..η — к. п. д. отдельных передач и подшипников, входящих в редуктор и перечисленных в порядке от быстроходного к тихоходному валу;
г) мощность PJ передаваемую каждым валом редуктора
PJ=P' ּ η ּη .. η ;    (2.4.4)

где η ּη .. η —к. п. д. механизмов и устройств, предшествующих j-му ва-лу;
е) частоты вращения валов (об/мин).
=125;
=        (2.4.5)
=2000;
где , , —частоты вращения валов, перечисленных в порядке, от быстроходного к тихоходному валу редуктора, об/мин;
ж) угловые скорости валов (рад/с)
;         (2.4.6)



з) крутящие моменты (исходные расчётные нагрузки) на валах
; Hּм,       (2.4.7)



- мощность, передаваемая валом, кВт; - частота вращения этого вала, об/мин;
; Нּм        (2.4.8)



- мощность, передаваемая валом, Вт; -угловая скорость этого вала, рад/с;
и) окружные скорости в зацеплении, V (м/с)
;        (2.4.9)

где d —делительный (начальный) диаметр зубчатого колеса, мм; n —частота его вращения, об/мин.
Элементы зубчатых передач стандартизированы. Основным параметром зацеплений является модуль. Значения m для цилиндрических зубчатых колес установлены СТ СЭВ 310-76 для интервала от 0,05 до 100 мм и подразделяются на 2 ряда (1-й ряд предпочтительный). Модули, в диапа-зоне 1...20 мм имеют следующие значения:
1-й ряд: 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20;
2-й ряд: 1,125; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3.5; 4,5; 5,5; 7; 9; 11; 14; 18.
2.5. Выбор материалов и термической обработки зубчатых колес
Расчет и проектирование зубчатых передач начинают с выбора материала и термической обработки. При этом учитывают условия работы передач, требования к весу и габаритам, технологические возможности производ-ства (в том числе наличие необходимого оборудования), возможность вы-полнения принятой термической или химико-термической обработки и ее продолжительность, стоимость заготовки и ее обработки.
Для изготовления зубчатых колес, в основном, применяют углеродистые и легированные стали. При недостатке смазки, например, в открытых пере-дачах, а также в малонагруженных передачах можно использовать зубча-тые колеса из серого или высокопрочного чугуна (при скоростях до 4—5 м/с). Неметаллические зубчатые колеса применяют сравнительно редко в слабонагруженных передачах для уменьшения шума и вибраций.
Стальные зубчатые колеса передачи могут быть незакаленными (Н и Н2<350 НВ), иметь высокую твердость (Н и Н2>350 НВ) или большой пе-репад твердостей поверхностей зубьев (Н >350 НВ, Н2<350 НВ).
Зубчатые колеса, имеющие твердость ННВ ≤ 350 (Н ≤40), легко подда-ются механической обработке после нормализации или улучшения. Такие колеса чаще применяют в единичном и мелкосерийном производстве, а также для передач, к массе и габаритам которых не предъявляют особых требований, либо когда по условиям компоновки необходимо увеличение размеров колес. Благодаря невысокой твердости зубчатые колеса хорошо прирабатываются. При выборе материалов учитывают, что у шестерни число циклов нагружения и напряжения изгиба больше, чем у колеса. По-этому для обеспечения равнопрочности, а также устранения задиров и за-еданий, необходимо, чтобы у косозубых на 50—100 единиц.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
 В выполненном дипломном проекте, в соответствии с исходными данными, мною разработана конструкция бурового насоса повышенной надёжности, обладающей рядом преимуществом по сравнению с базовой конструкцией. Возможность применения на скважинах с высоким газопроявлением.
 В дипломном проекте был произведен анализ имеющихся конструкций по данному вопросу, а также выбор удовлетворяющих поставленный выбор.
 В дипломном проекте был произведен расчет на прочность наиболее нагруженных элементов приводной части насоса. Была посчитана себестоимость метра проходки с учетом внедрения спроектированной машины.