連續(xù)油管注入器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　1 1/8in連續(xù)油管注入器設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要： 連續(xù)油管注入器是用于將油管注入油井中的裝置。本文設(shè)計(jì)的注入器中，注入器構(gòu)架位于油井口旁，包括為了和油井軸線成一直線而在注入器上開的一個為了限制縱向?qū)к壍目v向開口。夾緊裝置在注入器構(gòu)架上運(yùn)作，它包括能在開口和閉口位置之間旋轉(zhuǎn)的鉗狀構(gòu)件，當(dāng)夾緊裝置進(jìn)入縱向?qū)к墪r(shí)夾緊構(gòu)件夾緊所處位置，以便將一定長度油管沿縱向軸注入油井中。縱向?qū)к壍?/p>

2、形狀設(shè)計(jì)用來使夾緊裝置上的負(fù)載減小。為防止鏈條在運(yùn)行中擺動幅度過大，在兩鏈輪間設(shè)計(jì)兩副限制導(dǎo)軌，使鏈條運(yùn)行平穩(wěn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：連續(xù)油管；注入器；平穩(wěn)性；鏈條</p><p>　　The design of coiled tubing injector in 1 1/8in</p><p>　　Abstract: A coiled tubing in

3、jector unit is used for injecting tubing into a well bore. The main frame of the injector is positioned adjacent the well bore and includes a longitudinal opening which defines a vertical run for the injector unit which

4、is alignment with the well bore vertical axis. Gripper block assemblies are carried on the injector frame and include plier-like halves which are pivotable between an open position and a closed, gripping position as the

5、assemblies enter the vertical r</p><p>　　Key words: coiled tubing; injector unit; tranquility; chain; </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b><

6、;/p><p>　　1.1 連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)意義1</p><p>　　1.2 連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 國外應(yīng)用與研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)應(yīng)用與研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 連續(xù)油管設(shè)備的組成3</p>&

7、lt;p>　　1.3.1 連續(xù)油管設(shè)備的基本部件3</p><p>　　1.3.2 注入頭3</p><p>　　2 注入器結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 注入器功能原理分析設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2 注入器結(jié)構(gòu)方案分析設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.3 油管失穩(wěn)問題6

8、</p><p>　　2.4 連續(xù)油管注入器載荷分析8</p><p>　　2.4.1 鏈條所受載荷分析8</p><p>　　2.4.2 油缸載荷分析10</p><p>　　3 設(shè)計(jì)計(jì)算11</p><p>　　3.1 鏈條設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇11</p><p>　　3.2

9、 鏈輪的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.3 連續(xù)油管注入器載荷具體計(jì)算17</p><p>　　3.4 油馬達(dá)的選擇18</p><p>　　3.5 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算19</p><p>　　3.5.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.5.2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度19

10、</p><p>　　3.5.3 求軸上的載荷21</p><p>　　3.5.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度23</p><p>　　3.6 鍵的安全校核24</p><p>　　3.7 軸承的壽命計(jì)算25</p><p>　　3.8 油缸的設(shè)計(jì)27</p><p>　　3

11、.9 加持板強(qiáng)度校核29</p><p>　　4 經(jīng)濟(jì)性分析30</p><p><b>　　5 結(jié) 論32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p><

12、;b>　　附 錄35</b></p><p>　　附錄 A 軸的校核計(jì)算程序35</p><p>　　附錄 B 軸承的校核程序36</p><p>　　附錄 C 鍵的校核程序37</p><p>　　附錄 D 連續(xù)油管注入器總裝配圖39</p><p><b>　　1 緒

13、 論</b></p><p>　　1.1 連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)意義</p><p>　　現(xiàn)代連續(xù)油管技術(shù)始于20世紀(jì)60年代初，進(jìn)入20世紀(jì)90年代，連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)與裝備得到迅猛發(fā)展，特別是隨著相關(guān)技術(shù)的研究和改進(jìn)，其應(yīng)用向縱橫兩方面擴(kuò)展，越來越廣泛，已經(jīng)擴(kuò)展到石油行業(yè)上游各個領(lǐng)域。除了常規(guī)管道集輸、生產(chǎn)油管以及修井作業(yè)外，幾乎涵蓋了油氣井完井、測井、增注、老井重鉆、加深

14、、側(cè)鉆以及小井眼、欠平衡、過平衡和水平井鉆井等20多種作業(yè)項(xiàng)目，并顯示出良好的發(fā)展前景。</p><p>　　連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)與常規(guī)作業(yè)技術(shù)相比具有節(jié)約成本、作業(yè)起下快速、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)。在鉆井工程中，連續(xù)油管鉆井能夠安全地實(shí)現(xiàn)欠平衡壓力鉆井作業(yè)，有利于保護(hù)油氣層，提高鉆速，不需停泵接單根，可實(shí)現(xiàn)鉆井液的連續(xù)循環(huán)，減少起下鉆時(shí)間，縮短鉆井周期，提高起下鉆速度和作業(yè)的安全性，避免因接單根可能引起井噴和卡鉆事故的發(fā)

15、生。 　　該項(xiàng)鉆井技術(shù)特別適用于小眼井鉆井、老井側(cè)鉆等，可有效節(jié)約鉆井成本。地面設(shè)備少，占地面積小，特別適合于條件受限制的地面或海上平臺作業(yè)，能減少對周圍環(huán)境的影響，降低井場建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用，設(shè)備移運(yùn)安裝快捷、方便、靈活。同時(shí)，需要的人員減少，比常規(guī)鉆機(jī)平均少用2人。 因?yàn)殂@管沒有連接器，所以無需花時(shí)間去裝配和拆卸連接器，也無需動用起重機(jī)安裝三聯(lián)管和四通，顯然，因操作人員現(xiàn)場施工量減少，傷亡事故也相應(yīng)減少。隨著國家和社會不斷提

16、高環(huán)保作業(yè)的要求，該項(xiàng)技術(shù)也逐漸受到各跨國石油公司的關(guān)注。</p><p>　　實(shí)踐表明，連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)與裝備是一項(xiàng)具有巨大潛力和生命力的實(shí)用性技術(shù)。目前，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用日趨活躍，備受關(guān)注。</p><p>　　1.2 連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 國外應(yīng)用與研究現(xiàn)狀</p><p>　　自1962年

17、美國California石油公司和Bowen石油工具公司聯(lián)合研制的第一臺連續(xù)油管作業(yè)裝置（Coiled Tubing Unit, CUT）投入石油工業(yè)應(yīng)用至今，CT技術(shù)和CTU已經(jīng)歷了40多年的發(fā)展歷程，其間，經(jīng)歷了初級發(fā)展階段、發(fā)展“停滯”階段、高速發(fā)展階段和廣泛應(yīng)用階段。特別是20世紀(jì)90年代初，法國Elf公司利用CT技術(shù)進(jìn)行老井加深，美國Oryx公司利用CT技術(shù)進(jìn)行欠平衡鉆井的實(shí)驗(yàn)成功，極大地推動了連續(xù)油管鉆井技術(shù)的發(fā)展。目前CT

18、作業(yè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鉆井（小井眼井、定向井、側(cè)鉆水平井、欠平衡鉆井等）、完井、采油、修井和集輸?shù)茸鳂I(yè)的各個領(lǐng)域，解決了許多常規(guī)作業(yè)技術(shù)和方式難以解決的問題，應(yīng)用效果明顯。</p><p>　　連續(xù)油管設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，注入頭的研制國外已基本實(shí)現(xiàn)系列化。注入頭提升能力從20世紀(jì)70~80年代的44.5~178kN（10000~40000 lbs）發(fā)展到今天最大為889.6kN（200000 lbs）;不同型號的注

19、入頭通常通過更換連續(xù)油管夾持塊來實(shí)現(xiàn)，這種帶有可替換嵌入件的注入頭鏈輪可適合于不同口徑尺寸的連續(xù)油管；特殊嵌入件使注入頭可操作直徑193.6mm（7 5/8in）的接頭式套管。</p><p>　　美國Stewart & Stevenson 公司近期開發(fā)的新型注入頭有2000型、1500型和1000型3種系列，其最大拉力分別為889.6、667.2和444.8kN，其中，2000型注入頭的強(qiáng)行下入能力為4

20、45kN，適用CT尺寸為Φ114mm，這種注入頭采用2臺軸向柱塞變排量馬達(dá)，可在閉路或開路狀態(tài)下工作，排量為49.2 L/min，壓力為31Mpa，最大下入速度達(dá)61m/min。Hydra Rig公司生產(chǎn)的注入頭也有多種形式，其中，HR2500型注入頭最大拉力為889.6kN，適用CT尺寸為Φ50.8~139.7mm。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)應(yīng)用與研究現(xiàn)狀</p><p>

21、　　我國引進(jìn)和利用連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)始于20世紀(jì)70年代。1972年，我國引進(jìn)了第一臺波恩公司生產(chǎn)的連續(xù)油管作業(yè)機(jī)，在四川油田開始利用連續(xù)油管進(jìn)行氣井小型酸化、注氮排殘酸、氣舉降液、沖砂、清蠟等一些簡單作業(yè)，累計(jì)進(jìn)行數(shù)百口井的應(yīng)用試驗(yàn)，取得了一定的效果，并積累了經(jīng)驗(yàn)，隨后在全國各油田推廣應(yīng)用。目前，國內(nèi)共有引進(jìn)連續(xù)油管作業(yè)機(jī)28臺，主要分布陸地上（自走車裝或大拖車裝式）有大慶、勝利、中原、河南、大港、遼河、河北、四川、吉林、吐哈、塔里木等

22、油田。海岸上也有少數(shù)幾臺。</p><p>　　但是，連續(xù)油管技術(shù)和裝備在國內(nèi)的應(yīng)用主要局限于直井的簡單作業(yè)，應(yīng)用情況有好有差，但總體應(yīng)用情況不如人意，沒有反應(yīng)和顯示此項(xiàng)技術(shù)的真實(shí)水平和特點(diǎn)。 　當(dāng)前，隨著國內(nèi)外油氣勘探難度的不斷加大，配套勘探方法技術(shù)體系的應(yīng)用已經(jīng)成為獲得油氣發(fā)現(xiàn)的決定因素。近日，中國石化在石油工程工作會議上提出，做強(qiáng)做大石油工程技術(shù)板塊，要著眼于培育核心競爭力，不斷擴(kuò)大市場份額，走持續(xù)、健

23、康的發(fā)展之路。 　　從近期使用情況考慮，采用少量的進(jìn)口連續(xù)油管，還可以滿足設(shè)備配套的需求，但從長遠(yuǎn)計(jì)劃，必須進(jìn)一步開展連續(xù)油管制造工藝的研究，最終實(shí)現(xiàn)連續(xù)油管生產(chǎn)國產(chǎn)化。 　　有關(guān)專家也指出，我國要發(fā)展連續(xù)油管裝備和作業(yè)技術(shù)，應(yīng)該將應(yīng)用與開發(fā)同時(shí)進(jìn)行，一方面引進(jìn)國外的最新作業(yè)設(shè)備及工具，提高開發(fā)應(yīng)用的起點(diǎn)，同時(shí)培訓(xùn)操作人員，在小井眼鉆井和修井作業(yè)領(lǐng)域有所作為，使市場經(jīng)濟(jì)效益明顯化；另一方面加緊研制連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備和應(yīng)用技術(shù)，保證市場

24、的延續(xù)和擴(kuò)大，使市場份額最大化。 　　勝利油田采油院在充分調(diào)研基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量試驗(yàn)，攻克連續(xù)油管注入器和對注入器與卷筒協(xié)調(diào)控制的兩項(xiàng)技術(shù)“瓶頸”，自主研制出國內(nèi)第一套具有自主產(chǎn)權(quán)的連續(xù)油管作</p><p>　　1.3 連續(xù)油管設(shè)備的組成</p><p>　　1.3.1 連續(xù)油管設(shè)備的基本部件</p><p>　　（1）連續(xù)油管注入器；</p>

25、<p>　?。?）連續(xù)油管卷軸；</p><p><b>　?。?）井口防噴器；</b></p><p>　　（4）液壓驅(qū)動裝置；</p><p><b>　　（5）控制臺。</b></p><p>　　常用的連續(xù)油管設(shè)備機(jī)械部件構(gòu)成圖如圖1-1所示：</p><p&g

26、t;　　圖1-1 液動連續(xù)油管設(shè)備的機(jī)械組成 </p><p>　　1.3.2 注入頭</p><p>　　注入頭是連續(xù)油管設(shè)備的關(guān)鍵部件，目前注入頭最大提升能力達(dá)到200000lbs，主要功能有：</p><p>　　為克服油井壓力或者摩擦力提供更強(qiáng)勁的起下作業(yè)能力；</p><p>　　有效控制不同井況下的起下速度；</p&g

27、t;<p>　　支撐全井筒連續(xù)油管重量。</p><p>　　包括連續(xù)油管弧形導(dǎo)向架、重負(fù)荷鏈條牽引總成、自封密封盒、變量液壓驅(qū)動馬達(dá)、指重傳感器以及支撐架、支撐腿等，如圖1-2所示。</p><p>　　圖1-2 支架可調(diào)式連續(xù)油管下管機(jī)頭和防噴器 </p><p>　　連續(xù)油管注入器是連續(xù)油管作業(yè)裝置的關(guān)鍵設(shè)備，它的性能好壞直接影響到

28、整套裝置的性能。因此，設(shè)計(jì)一款新型的性能優(yōu)越的具有國家自主知識產(chǎn)權(quán)的連續(xù)油管注入器將有效的推動連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)在我國廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)我國油田事業(yè)的快速發(fā)展。</p><p>　　2 注入器結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 注入器功能原理分析設(shè)計(jì)</p><p>　　注入器的作用是克服井下壓力或井下摩擦力把油管下入井中；在各種井況下控制油管入井速度；支撐全

29、部入井管柱重量和從井中起出油管時(shí)可以加快速度。連續(xù)油管注入器主要由支架、液壓驅(qū)動裝置、鏈條裝置、夾緊構(gòu)件裝置、導(dǎo)軌和油缸等組成。</p><p>　　支架在整個裝置中起支撐作用，安置在油井口旁邊。液壓馬達(dá)為驅(qū)動動力源，由液壓馬達(dá)提供動力，它是一個低速大扭矩液壓馬達(dá)，動力通過加/減速箱由聯(lián)軸器直接傳遞給主動鏈輪。鏈條裝置由主動鏈輪驅(qū)動，在主、從動鏈輪間運(yùn)作。在鏈條的一側(cè)安置夾緊構(gòu)件，用來夾緊確定油管，夾緊構(gòu)件隨鏈條

30、同步運(yùn)作。導(dǎo)軌是用來引導(dǎo)夾緊構(gòu)件上的滾軸，以確保實(shí)現(xiàn)預(yù)期工作目標(biāo)。油缸用來提供夾緊構(gòu)件夾緊油管時(shí)所需的夾緊力，保證注入器正常工作。</p><p>　　當(dāng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)帶動主動鏈輪工作時(shí)，鏈條也隨鏈輪運(yùn)動，夾緊構(gòu)件由鏈條帶動。在夾緊構(gòu)件上的滾軸未進(jìn)入縱向?qū)к壡?，夾緊構(gòu)件呈開口狀，當(dāng)夾緊構(gòu)件的滾軸進(jìn)入縱向?qū)к壓?，夾緊構(gòu)件呈閉口狀，處在這個狀態(tài)時(shí)，夾緊構(gòu)件已夾緊相應(yīng)油管。</p><p>　　夾

31、緊構(gòu)件上滾軸進(jìn)入導(dǎo)軌時(shí)，其入口處有一導(dǎo)向分隔板和縱向?qū)к壗Y(jié)構(gòu)。導(dǎo)向板作用是起分離和導(dǎo)向作用?？v向?qū)к壍亩瞬拷Y(jié)構(gòu)起導(dǎo)向和加減速作用，使夾緊構(gòu)件及整個運(yùn)動件合理運(yùn)作。</p><p>　　連續(xù)油管注入器上的導(dǎo)軌和油缸裝置可用聯(lián)接件連為一體。兩導(dǎo)軌中其中一縱向?qū)к壒潭ㄔ贑型架上，而另一縱向?qū)к壓陀透谆钊麠U頭相連接，可隨油缸活塞桿直線往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)需要較大夾緊力時(shí)，增大油管壓力，移動導(dǎo)軌推動夾緊件滾軸，滾軸受力，夾緊構(gòu)件開

32、口縮小，實(shí)現(xiàn)夾緊，C型架用螺栓固定在注入器構(gòu)架體上。</p><p>　　2.2 注入器結(jié)構(gòu)方案分析設(shè)計(jì)</p><p>　　注入器機(jī)構(gòu)中夾緊裝置的設(shè)計(jì)，由注入器工作原理可知，夾緊機(jī)構(gòu)的功能是提供足夠的夾緊力，以保證油管卡瓦可靠而有效地卡緊油管。夾緊裝置設(shè)計(jì)中，可設(shè)計(jì)成雙油缸驅(qū)動式、單油缸驅(qū)動式和鏈條導(dǎo)軌式夾緊機(jī)構(gòu)。</p><p>　　其中，雙油缸機(jī)構(gòu)有其不足之

33、處。①由于液壓系統(tǒng)本身的特性，兩個夾緊油缸不易用液壓方式實(shí)現(xiàn)完全同步，通常在注入器前后側(cè)板上加定位滑塊，用機(jī)械方式保證雙缸同步，這樣勢必增加機(jī)械加工和裝配難度。另外，定位滑塊磨損，作業(yè)現(xiàn)場的惡劣條件都可能使定位滑塊卡住，影響夾緊的可靠性。②夾緊機(jī)構(gòu)在夾緊油管時(shí)需要較大的力，松開時(shí)力很小。雙缸機(jī)構(gòu)利用活塞桿收回夾緊油管，這時(shí)液壓力作用在活塞與活塞桿間的環(huán)形空間，由于活塞截面積大于活塞與活塞桿的環(huán)形空間的面積，在液壓力相同的條件下，活塞桿伸

34、出的力大于回收的力，顯然雙缸機(jī)構(gòu)沒有充分利用油缸的能力，油缸使用不夠合理。如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 連續(xù)油管注入器剖面圖</p><p>　　單缸杠桿機(jī)構(gòu)雖然不用考慮雙缸同步問題，而且加工簡單，安裝方便，在油缸伸出時(shí)夾緊油管，提供相同夾緊力的情況下，可降低液壓系統(tǒng)壓力或減小油缸直徑。但由于夾緊壓塊不是整體而是分隔成一對單缸杠桿油缸一段，這樣不但多增加了單缸油缸，而且

35、也提高了故障的發(fā)生率，造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大。如在《鉆采工藝》中，1999年第四期第22卷中注入器結(jié)構(gòu)中，采用單缸杠桿方式，此結(jié)構(gòu)中還需要鏈條張緊輪。</p><p>　　鏈條導(dǎo)軌式夾緊機(jī)構(gòu)，這種夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊。夾緊塊機(jī)構(gòu)中，副鏈板和油管卡瓦的夾緊構(gòu)架相互連接，兩油管卡瓦可在副鏈板的凹槽中繞樞軸中心旋轉(zhuǎn)，而副鏈板帶動夾緊構(gòu)架運(yùn)動，這樣油管卡瓦即隨夾緊構(gòu)架運(yùn)動，又可在夾緊構(gòu)架中運(yùn)動。</p><

36、p>　　鏈條驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，鏈條驅(qū)動機(jī)構(gòu)的主要功能是驅(qū)動鏈條帶動夾緊構(gòu)件以起出或注入油管。用兩個主動鏈輪分別驅(qū)動左右兩側(cè)對稱布置的兩副鏈條，動力由油馬達(dá)提供。油馬達(dá)轉(zhuǎn)軸通過加/減速箱由聯(lián)軸器直接與主動鏈輪軸相連。</p><p>　　2.3 油管失穩(wěn)問題</p><p>　　連續(xù)油管作業(yè)裝置可在高壓油水井中進(jìn)行作業(yè)。在高壓井不壓井、不泄壓的條件下作業(yè)，由于井內(nèi)高壓作用，使油管受到上頂

37、力，在注入油管過程中，注入器對油管施加向下的注入力。這樣，在注入器夾緊壓塊以下到油管導(dǎo)口之間的一段油管處于軸向受壓狀態(tài)，可能使油管失穩(wěn)變形。根據(jù)壓桿理論，將這段受壓油管簡化為兩段鉸支中心壓桿，其穩(wěn)定臨界壓力為：</p><p>　　(2-1) </p><p>　　油管所受力主要是井內(nèi)壓力引起的上頂力，最大上頂力發(fā)生在油管剛進(jìn)入井口時(shí)：</p&

38、gt;<p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　為保證不失穩(wěn)： (2-3)</p><p>　　取n=4，受壓油管的允許長度（注入器夾緊壓塊以下到油管導(dǎo)入口之間的距離）為：</p><p><b>　　(2-4)<

39、;/b></p><p>　　式中：l受壓油管的允許長度，m；</p><p><b>　　D油管外徑，m；</b></p><p>　　E 材料彈性模量，MPa，E=210 GPa；</p><p>　　α 油管內(nèi)徑與外徑之比；</p><p>　　P 井口壓力，

40、MPa；</p><p>　　J 油管橫截面積的極慣性矩，m，</p><p>　　，d 油管內(nèi)徑，m。</p><p>　?。?）由式(2-4)計(jì)算受壓油管允許長度l：</p><p>　　當(dāng)使用1 1/8in油管，井口壓力為20MPa時(shí)：</p><p><b>　　841.91 mm&

41、lt;/b></p><p>　　當(dāng)使用1 1/2in油管，井口壓力為25MPa時(shí)：</p><p>　　1022.54 mm</p><p>　　由設(shè)計(jì)裝配圖測得受壓油管實(shí)際長度為= 275 mm。</p><p><b>　?。?） 計(jì)算穩(wěn)定性</b></p><p>　　對于1 1/8

42、in油管，井口壓力為20MPa時(shí)：</p><p>　　最大上頂力 12.84 KN</p><p><b>　　481.94 KN</b></p><p>　　故有 38.87 >> n = 4</p><p>　　對于1 1/2in油管，井口壓力為25MPa時(shí)：</p><p>&

43、lt;b>　　已知最大上頂力 </b></p><p><b>　　1576.3 KN</b></p><p>　　故有 55.33 >> n = 4</p><p>　　故受壓油管穩(wěn)定，均滿足要求。</p><p>　　因此可通過設(shè)計(jì)注入1 1/2in油管，井口壓力為25MPa的注入器即可

44、遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足設(shè)計(jì)要求，當(dāng)需要注入1 1/8in油管時(shí)，只需更換相應(yīng)的卡瓦即可，很方便、實(shí)用，且應(yīng)用范圍更廣，投放市場將取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　2.4 連續(xù)油管注入器載荷分析</p><p>　　2.4.1 鏈條所受載荷分析</p><p>　　注入器鏈條上所受的載荷主要是油管上的軸向力（上頂力，油管重力和油管運(yùn)動的摩擦力）及鏈條與夾緊壓塊間的摩擦力

45、。</p><p><b>　?。?）油管軸向力</b></p><p>　　油管軸向力主要有油井壓力對油管的上頂力、下入井內(nèi)油管的重力、油管在井內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力和油管與膠心間的摩擦力及油管運(yùn)動產(chǎn)生的動載荷。在起出或注入油管的過程中，軸向力隨井內(nèi)油管的深度變化而變。為防止井下壓力竄到地面，通常在油管下部加裝一個單向閥，所以認(rèn)為油井內(nèi)的上頂力作用在油管底部。考慮到連續(xù)油管

46、在下入和起升時(shí)，基本上是勻速運(yùn)動，動載荷較小忽略不計(jì)。設(shè)油管下入深度為L，油管在井內(nèi)的上頂力為井深L處的液壓力乘以油管外徑的橫截面積，這時(shí)油管的軸向力可表示為：</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　式中：F — 油管軸向力，N；</p><p>　　D — 油管外徑，m；</p><p

47、>　　P — 井口壓力，MPa；</p><p>　　—井液密度，kg/m；</p><p>　　g — 重力加速度，9.8m/s；</p><p>　　L — 油管下入深度，m；</p><p>　　d — 油管內(nèi)徑，m；</p><p>　　— 油管材料的密度，kg/m；</p>

48、<p>　　— 油管軸向運(yùn)動受到的摩擦力，N。</p><p>　　上式中，第一項(xiàng)為油管在井內(nèi)受到的上頂力，第二項(xiàng)是油管的重力，第三項(xiàng)是油管受到的摩擦力，包括油管與井壁和井液間的摩擦及油管與防噴器膠心間的摩擦，下入油管時(shí)為正，起出時(shí)為負(fù)。是一個與井眼狀況和井液性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)，要得到精確的計(jì)算值是比較困難的，也是沒有必要的，一般近似的取等于油管受到的浮力。下入油管時(shí)的軸向力為：</p>&l

49、t;p>　　(2-6) </p><p>　　起出油管時(shí)的軸向力為：</p><p>　　(2-7) </p><p>　　由于，所以下入油管時(shí)注入器需克服的最大軸向力為：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><

50、;p>　　起升油管時(shí)注入器需克服的最大軸向力為：</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　式中： — 下入油管時(shí)的最大軸向力，N；</p><p>　　— 起升油管時(shí)的最大軸向力，N；</p><p>　　— 油管設(shè)計(jì)下入的最大井深，m。</p><p>　

51、　顯然，注入器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮克服的最大軸向力為：</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　（2）鏈條所受的摩擦力</p><p>　　鏈條在運(yùn)動時(shí)與夾緊壓塊間存在摩擦力，這個摩擦力的方向與鏈條運(yùn)動方向相反，大小應(yīng)足以克服最大軸向力。為了可靠地夾緊油管，夾緊壓塊所需的夾緊力應(yīng)為：</p><p&g

52、t;　　(2-11) </p><p>　　式中： — 夾緊壓塊所需的夾緊力，N；</p><p>　　— 鏈條所帶油管卡瓦與油管間的摩擦系數(shù)，= 0.5 ~ 0.6。</p><p>　　由于有兩幅鏈條，每副鏈條的內(nèi)周面分別與兩側(cè)的夾緊壓塊發(fā)生摩擦，鏈條所受的摩擦力為：</p&

53、gt;<p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　式中： — 鋼 - 鋼滑動摩擦系數(shù)。</p><p>　?。?）鏈條所受的牽引負(fù)載</p><p>　　鏈條所受的牽引負(fù)載為油管軸向力與鏈條摩擦力之和：</p><p>　　(2-13) </p><p>

54、;　　鏈條所受的最大牽引負(fù)載為：</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　鏈條所受的最大牽引負(fù)載是鏈條設(shè)計(jì)、油馬達(dá)選擇和功率確定的依據(jù)。鏈條的牽引負(fù)載是油馬達(dá)的負(fù)載，鏈條牽引負(fù)載的變化直接影響到油馬達(dá)的工況和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.4.2 油缸載荷分析</p><p>　

55、　夾緊油缸的作用是提供足夠的夾緊力，保證鏈條上的卡瓦能可靠的卡緊油管。夾緊油缸的載荷就是注入器鏈條所需的夾緊力。</p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　式中： — 單個夾緊油缸的載荷，N；</p><p>　　— 考慮摩擦力的計(jì)算系數(shù) ；</p><p>　　n — 夾緊油缸的個數(shù)。<

56、;/p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　3.1 鏈條設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇</p><p>　　鏈傳動是應(yīng)用較廣的一種機(jī)械傳動。鏈傳動的各種失效形式都在一定條件下限制了它的承載能力。因此，在選擇鏈條型號時(shí)，必須全面考慮各種失效形式產(chǎn)生的原因及條件，從而確定其傳遞的額定功率。</p><p>　　（1

57、）選擇鏈輪齒數(shù)z1，z2</p><p>　　由于注入器鏈傳動比較特殊，驅(qū)動輪與惰性輪齒數(shù)、大小完全一樣，并且需要承受油管重量與井內(nèi)高壓，鏈輪必須具有高強(qiáng)度，又因鏈傳動速度很低，這要求鏈輪具有一定韌性，所以鏈輪材料可以選擇45號鋼，齒數(shù)參照《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-8，z1 = z2 = 25，傳動比 i = 1。</p><p><b>　?。?）確定計(jì)算功率</b><

58、;/p><p><b>　　注入器傳動功率P：</b></p><p>　　式中：P — 注入器工作功率，KW；</p><p>　　p — 井下壓力，MPa；</p><p>　　S — 油管截面積，；</p><p>　　v — 鏈傳動速度，m/s。</p><p>　　由

59、下表3-1查得工作情況系數(shù)KA=1.4，故</p><p><b>　　— 工作情況系數(shù)。</b></p><p>　　表3-1 工作情況系數(shù)</p><p>　?。?）確定鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp</p><p>　　初定中心距 a0 = 30.5p，則鏈節(jié)數(shù)為</p><p>　?。?）確定鏈條的節(jié)距

60、p</p><p><b>　　修正P0：</b></p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中：P0 — 在特定條件下，單排鏈所能傳遞的功率；</p><p>　　Pca — 鏈傳動的計(jì)算功率；</p><p>　　Kz — 小鏈輪齒數(shù)系數(shù)；&l

61、t;/p><p>　　KL — 鏈長系數(shù)；</p><p>　　Kp — 多排鏈系數(shù)；</p><p><b>　　則由式(3-1)得</b></p><p>　　根據(jù)小鏈輪轉(zhuǎn)速及功率，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-13選鏈號為48A（GB1243.1-83）單排鏈。同時(shí)也證實(shí)原估計(jì)鏈工作在額定功率曲線定點(diǎn)左側(cè)是正確的。再由下表3-2

62、查得鏈節(jié)距 p = 76.2 mm。</p><p>　　表3-2 滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù)</p><p>　?。?）確定鏈長L及中心距a</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　中心距減小量</b></p><p><b>　　=<

63、;/b></p><p><b>　　實(shí)際中心距</b></p><p><b>　?。?）鏈條轉(zhuǎn)速計(jì)算</b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　式中：z1，z2 — 分別為主、從動鏈輪的齒數(shù)；</p><p>

64、　　n1，n2 — 分別為主、從動鏈輪的轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　p — 鏈條節(jié)距，mm。</p><p><b>　　由此可知：</b></p><p>　　當(dāng)v1 = 0.2 m/s時(shí)</p><p>　　= 6.3 r/min</p><p>　　當(dāng)v2 = 0.5 m/s時(shí)

65、</p><p>　　= 15.748 r/min</p><p>　?。?）鏈傳動的受力分析與計(jì)算</p><p>　　鏈條在傳動過程中，緊邊和松邊的拉力是不相等的。若不計(jì)傳動中的動載荷，則鏈的緊邊受到的拉力F1是由鏈傳動的有效圓周力Fe，鏈的離心力所引起的拉力Fc及由鏈條松邊垂度引起的懸重拉力Ff三部分組成的。</p><p><

66、b>　　(3-3) </b></p><p>　　鏈條松邊所受拉力F2由Fc及Ff兩部分組成。</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　有效圓周力 (3-5)</p><p>　　式中：P

67、 — 傳遞功率，KW；</p><p>　　v — 鏈速，m/s；</p><p>　　離心力引起的拉力 (3-6)</p><p>　　式中：q 單位長度鏈條的質(zhì)量，kg/m；</p><p>　　由于鏈條所受最大牽引力負(fù)載為：</p>&l

68、t;p><b>　　?。?lt;/b></p><p>　　所以鏈條的傳遞功率為P：</p><p>　　當(dāng)v = 0.5 m/s</p><p>　　當(dāng)v = 0.2 m/s</p><p><b>　　故有效圓周力Fe為</b></p><p><b>　　(3

69、-7)</b></p><p>　　q = 22.6 kg/m</p><p>　　故，鏈條松邊垂度引起的懸垂拉力Ff忽略不計(jì)。</p><p>　　則，鏈條緊邊拉力為：</p><p>　　鏈條離心力也可忽略不計(jì)。</p><p>　　則F1=17.98 KN （取當(dāng)v=0.5 m/s時(shí)）</p&g

70、t;<p>　?。?）鏈傳動作用在軸上的力（即壓軸力）Q</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　式中：Fe — 鏈傳遞的有效圓周力，N；</p><p>　　KQ— 壓軸力系數(shù)，對于垂直傳動，KQ=1.05；</p><p>　　（9）低速鏈傳動的靜力強(qiáng)度計(jì)算</p>

71、;<p>　　對于鏈速v<0.6 m/s的低速鏈傳動，因抗拉靜力強(qiáng)度不夠而破壞的幾率很大，故常按下式進(jìn)行抗拉靜力強(qiáng)度計(jì)算：</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　式中：Sca — 鏈的抗拉靜力強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)；</p><p>　　Q — 單排鏈的極限拉伸載荷，KN；</p>&

72、lt;p><b>　　n — 排數(shù)；</b></p><p>　　KA 工作情況系數(shù)；</p><p>　　F1 鏈的緊邊工作拉力，KN。</p><p>　　由表3-2知48A號鏈條極限拉伸載荷（單排）Q為</p><p><b>　　n=1</b></p><

73、p><b>　　所以有</b></p><p><b>　　滿足靜力強(qiáng)度要求。</b></p><p>　　3.2 鏈輪的設(shè)計(jì)</p><p>　　本次鏈輪設(shè)計(jì)采用三圓弧一直線齒形用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)刀具加工。選取鏈輪齒數(shù)z=25，相應(yīng)配合鏈條為48A（GB1243.1-83）。</p><p>　

74、?。?）鏈條分度圓直徑d：</p><p>　　式中：p — 鏈條鏈節(jié)距，mm；</p><p><b>　　Z — 鏈輪齒數(shù)。</b></p><p>　　（2）齒頂圓直徑da</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　d1 — 鏈條滾子外徑，m

75、m；d1=47.63 mm。</p><p>　　取da = 640 mm</p><p>　　選擇鏈輪輪轂孔需用直徑d</p><p>　　取dk = 270 mm，最大許用直徑dkmax = 372 mm。</p><p>　?。?）齒根圓直徑df</p><p>　?。?）齒側(cè)凸緣直徑dg </p>

76、<p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　h2 — 內(nèi)鏈板高度，mm，h2 = 72.39 mm。</p><p>　　取dg = 520 mm</p><p>　　注：選取da、dg時(shí)取值為整數(shù)。</p><p>　　（5）滾子鏈輪軸向齒廓參數(shù)（GB1244-85）</p>

77、<p>　　鏈條為單排鏈，b1 — 內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬，mm，b1 = 47.35 mm；</p><p>　　p — 鏈條鏈節(jié)距，mm，p = 76.2 mm。</p><p>　　齒寬 bf1 = 0.95b1 = 0.95 × 47.35 = 44.9825 mm</p><p>　　倒角寬 b = 0.12p = 0.12 × 76.

78、2 = 9.144 mm</p><p><b>　　倒角半徑 </b></p><p>　　齒側(cè)凸緣圓角半徑 ra = 0.04p = 3.048 mm</p><p>　　鏈輪齒總寬 bfn = (n-1)p + bf1</p><p>　　bfn = bf1 = 44.9825 mm</p><

79、p>　　軸向齒廓圖如圖3-1的a所示：</p><p>　　圖3-1 軸向齒廓</p><p>　　3.3 連續(xù)油管注入器載荷具體計(jì)算</p><p><b>　　（1）軸向力</b></p><p>　　油管注入油井時(shí)注入器需克服的最大軸向力為：</p><p><b>　　

80、=</b></p><p>　　油管起出時(shí)注入器需克服的最大軸向力為：</p><p>　　負(fù)號表示力的方向向下。</p><p><b>　　最大軸向力 </b></p><p>　?。?）鏈條所受摩擦力</p><p>　　首先，為可靠的夾緊油管，夾緊壓塊所受的夾緊力：</p

81、><p>　　所以，鏈條所受的摩擦力為：</p><p>　?。?）鏈條所受的牽引負(fù)載</p><p>　　鏈條所受的最大牽引負(fù)載為：</p><p>　　3.4 油馬達(dá)的選擇</p><p>　　（1）油馬達(dá)的輸出功率P</p><p>　　1）總效率

82、 (3-12)</p><p>　　式中： — 注入器總效率；</p><p><b>　　— 軸承效率；</b></p><p><b>　　— 鏈輪效率；</b></p><p><b>　　— 減速齒輪效率</b></p><

83、p><b>　　— 油馬達(dá)效率</b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　油馬達(dá)輸出功率 </p><p><b>　　2）工作轉(zhuǎn)速n2</b></p><p>　　= 15.748 r/min</p><p&

84、gt;<b>　?。?）工作壓力P</b></p><p>　　由任務(wù)書原始數(shù)據(jù)可知：P = 20 MPa</p><p>　　所以選取NJM型內(nèi)曲線馬達(dá)。額定工作壓力30 MPa；最大工作壓力32 MPa；排量0.85或2 L/r；轉(zhuǎn)速范圍為0~50或0.63 r/min；額定壓力時(shí)扭矩4000 N·M；最大輸出功率73.2 KW。</p>

85、<p>　　3.5 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　3.5.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　擬定軸上零件的裝配方案，如下圖3-2</p><p>　　圖3-2 軸的結(jié)構(gòu)與裝配圖</p><p>　　3.5.2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度</p><p>　　（1）初步估算軸的最

86、小直徑。</p><p>　　選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)下表3-3</p><p>　　表3-3 軸常用幾種材料的[]及A0值</p><p>　　取A0=120，則有</p><p><b>　　(3-13)</b></p><p>　　式中：P — 軸的功率；</p>

87、<p>　　n — 軸的轉(zhuǎn)速，n=15.748 r/min。</p><p>　　若取鏈輪傳動的效率為=0.98，則</p><p><b>　　取 </b></p><p>　?。?）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，I-II軸段右端需制出一軸肩，故取II-III段的直徑 dII-III = 230 mm；左端用軸端擋圈定位，按軸

88、端直徑取擋圈直徑 D = 190 mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L1 = 204 mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故I-II段的長度應(yīng)比L1略短一些，現(xiàn)取 lI-II = 200 mm。</p><p>　?。?）因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。取從左端第二軸肩到左端軸承長為 lIII-IV = 80 mm，dIII-IV = 240 mm，軸承與III-

89、IV軸段為過盈配合。鏈輪處IV-V段軸徑為 dIV-V = 270 mm，鏈輪定位時(shí)，一端用軸肩定位，一端用軸承定位，IV-V段長為 lIV-V = 84 mm。V-VI段直徑為 dV-VI = 320 mm，長 lV-VI = 174 mm。VI-VII段與IV-V段直徑和長度均相同。VII-VIII段直徑與III-IV段相等，長度為 dVII-VIII = 103 mm。軸肩高度 h > 0.07 d。在安裝鏈輪的軸段處，與鏈

90、輪轂孔配合的軸段長度應(yīng)小于與軸配合的輪轂長度3 ~ 5 mm，這樣更有利于鏈輪定位。</p><p>　?。?）軸上零件的周向定位</p><p>　　鏈輪、半聯(lián)軸器與軸的軸向定位均采用平鍵聯(lián)接。查手冊得半聯(lián)軸器與軸聯(lián)接的平鍵截面為 b × h =32 mm×18 mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工 ，長為160 mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7 / k6，鏈輪與軸聯(lián)接的平頭平鍵截

91、面為 b × h =45 mm×25 mm，長為63 mm，鏈輪輪轂與軸的配合為H7 / n6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。</p><p>　?。?）確定軸上圓角和倒角尺寸</p><p>　　取軸端倒角為 5 × 45°，由于直徑 d > 120 ~ 180 mm，所以參考下表3-4取C 或 R

92、 = 3 ~ 5 mm。</p><p>　　表 3 - 4 零件倒角C與圓角半徑R的推薦值 mm </p><p>　　3.5.3 求軸上的載荷</p><p>　　首先根據(jù)結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊中查取a值（參看下圖3-3），對于本設(shè)計(jì)中選用的圓錐滾子軸承，由軸承手冊

93、中查取a值為70 mm。</p><p>　　圖 3-3 軸的支反力作用點(diǎn) </p><p>　　根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖，確定軸的危險(xiǎn)截面。</p><p><b>　　軸上最大扭矩為：</b></p><p><b>　　= </b></p><p>

94、　　= 49751.0 N·m </p><p>　　作用在鏈輪上的力為：</p><p>　　則每條鏈輪上的力為：</p><p>　　由于軸受到的力有：液馬達(dá)的扭矩T；鏈輪產(chǎn)生的扭矩M和有效作用力；軸承向上的作用力。軸只受到扭矩和豎直方向的力，無水平力作用。（見下圖3-4所示）</p><p>　　與鏈條緊邊拉力相等，為 ，

95、 </p><p>　　在與右鏈段產(chǎn)生的彎矩大小為</p><p>　　與相對F點(diǎn)產(chǎn)生彎矩為：</p><p>　　= 5728.1 N·m</p><p>　　因?yàn)?，所以，根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖3-4 如下：</p><p>　　圖 3 - 4 軸的載荷分析圖</p&

96、gt;<p>　　3.5.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度</p><p>　　進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度。由計(jì)算彎矩圖知，C點(diǎn)處為軸的危險(xiǎn)截面，其彎矩為：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　= 31237.90 N·m</p><

97、p>　　表 3 - 5 抗彎、抗扭截面系數(shù)計(jì)算公式</p><p>　　根據(jù)上表中的數(shù)值，校核危險(xiǎn)截面處強(qiáng)度：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　= 17.67 MPa</p><p>　　45號鋼的 [σ-1] = 60 MPa （調(diào)質(zhì)處理）</p><p>&

98、lt;b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p><b>　　故軸安全。</b></p><p>　　3.6 鍵的安全校核</p><p>　　普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　式中：[σ]p —

99、鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的需用擠壓應(yīng)力，MPa；</p><p>　　T — 傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；</p><p>　　k — 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k = 0.5h，此處h為鍵的高度，mm；</p><p>　　l — 鍵的工作長度，mm，平頭平鍵l = L，L為鍵的公稱長度，mm；b為鍵的寬度，mm；</p><p>　　d

100、 — 軸的直徑，mm；</p><p>　　[σ]p取120 MPa</p><p>　　由于，故安全。 </p><p>　　3.7 軸承的壽命計(jì)算</p><p>　　（1）滾動軸承的失效形式及基本額定壽命</p><p><b>　　1）失效形式</b></p><

101、p>　　滾動體或內(nèi)外圈滾道上的疲勞點(diǎn)蝕。</p><p>　　2）單個軸承滾動軸承的壽命：</p><p>　　套圈或滾動體發(fā)生疲勞擴(kuò)展之前，一套圈相對于另一套圈的轉(zhuǎn)數(shù)。</p><p>　　3）滾動軸承的基本額定壽命</p><p>　?、贊L動軸承的壽命分布</p><p><b>　?、诨绢~定壽命

102、</b></p><p>　　一定條件下，一組軸承中10%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕失效，而90%的軸承不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕失效前的內(nèi)外圈相對轉(zhuǎn)數(shù)（106） 或工作時(shí)數(shù)（如圖3-5所示）</p><p>　?。?）滾動軸承的基本額定動載荷</p><p>　　1）載荷和額定壽命的關(guān)系</p><p><b>　　2）基本額定動載荷&

103、lt;/b></p><p>　　軸承的基本額定壽命恰好為106轉(zhuǎn)時(shí)（如圖3-6所示），軸承所能承受的載荷值C。</p><p>　　3）額定動載荷的修正</p><p>　　軸承工作溫度與試驗(yàn)溫度不同時(shí)應(yīng)修正</p><p><b>　　額定動載荷。</b></p><p><b&g

104、t;　　Ct=ftC </b></p><p>　?。?）滾動軸承壽命的計(jì)算公式</p><p>　　1）載荷和額定壽命的關(guān)系（如圖3-7）</p><p><b>　　2）壽命計(jì)算公式</b></p><p>　?、儆棉D(zhuǎn)數(shù)表示的壽命公式：</p><p>　　②用小時(shí)表示的壽命公

105、式： (3-15)</p><p><b>　?、墼O(shè)計(jì)式：</b></p><p><b>　　(3-16)</b></p><p><b>　　（4）壽命計(jì)算</b></p><p>　　按照

106、《機(jī)械零件手冊》選擇錐滾子軸承超輕（9）系列中d = 240 mm 軸承，基本額定靜載荷C = 53800 公斤= 53.8 × 9.8= 527.24 KN</p><p><b>　　(3-17)</b></p><p>　　有下表3-6和3-7知X = 1，Y = 0，fp = 1.6</p><p><b>　　則

107、有 </b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　= 109953.587 h</p><p>　　設(shè)計(jì)要求可工作15年，一年按300天工作計(jì)算</p><p>　　所以，軸承安全，滿足壽命要求。</p><p>　　表3 - 6 徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載

108、荷系數(shù)Y </p><p>　　表 3 - 7 載荷系數(shù)fp</p><p>　　3.8 油缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　（1）夾緊油管時(shí)油缸所受的推力</p><p>　　由本文3.3知注入起出油管時(shí)注入器所受的最大軸向力為：</p><p>　　則夾緊壓塊受到的摩擦力為：</p><p&g

109、t;<b>　　(3-18)</b></p><p>　　式中：μ— 摩擦系數(shù)；</p><p>　　N — 夾緊塊受到的彈力，N。</p><p>　　則每個油缸所受的推力為：</p><p>　?。?）初步設(shè)計(jì)為單桿活塞缸</p><p>　　作如下油缸簡圖3-8所示：</p>

110、<p>　　圖 3 - 8 活塞缸簡圖</p><p>　　1）初取活塞桿直徑 D = 94 mm</p><p>　　2）初步計(jì)算活塞桿直徑d</p><p><b>　　77930 = </b></p><p>　　解得 d = 36 mm</p><p>　?。?）活塞桿在受壓狀

111、態(tài)下承受最大負(fù)載，其校核公式為：</p><p><b>　　(3-19)</b></p><p>　　式中：F — 活塞桿推力，N；</p><p>　　[σ] — 活塞桿極限應(yīng)力，Pa。</p><p>　　其中，,其材料是45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。</p><p>　　因此，初取的 d ≥ 34.

112、35 mm，合格。即 D = 94 mm，d = 36 mm。</p><p>　　3.9 加持板強(qiáng)度校核</p><p>　　首先，假定滾軸進(jìn)入夾持板軌道時(shí)滑動套受彎曲壓力，總體受力越大，彈性變形越大。</p><p>　　夾持板受載的壓力基礎(chǔ)等式如下：</p><p><b>　　(3-20)</b></p&

113、gt;<p>　　其中：S — 單位應(yīng)力（MPa）；</p><p>　　M — 彎曲力矩（N·m)；</p><p>　　Z — 所給形狀的彈性模量（m3）。</p><p><b>　　彎矩M為：</b></p><p><b>　　N·m</b></p&

114、gt;<p>　　夾持板縱向模量計(jì)算如下：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　橫梁受到的單位應(yīng)力S為：</p><p><b>　　夾持板校核公式為：</b></p><p>　　故夾持板強(qiáng)度條件滿足。</p><p><b>

115、;　　4 經(jīng)濟(jì)性分析</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的連續(xù)油管注入器總成與其它結(jié)構(gòu)的注入器相比有較多的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　首先，與以往注入器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同。以往注入器中，采用大滑輪和滾輪代替鏈條的連續(xù)油管作業(yè)機(jī)（如圖4 -1）。這種結(jié)構(gòu)設(shè)備較龐大，運(yùn)移性差，零件較多，經(jīng)濟(jì)性差。選用夾緊油缸時(shí)，有的注入器選用雙油缸驅(qū)動方式（如圖4 - 2）。</p>

116、<p>　　圖 4 - 1 用大滑輪和滾輪代替鏈條的連續(xù)油管作業(yè)機(jī)</p><p>　　圖4 - 2 注入器總圖</p><p>　　有的注入器采用單缸杠桿方式。采用雙缸或單缸杠桿作用方式的缺點(diǎn)已在前文“注入器結(jié)構(gòu)方案分析設(shè)計(jì)”中論述過，這里不再闡述。如圖4 - 2中，以往鏈條驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中是用兩個主動鏈輪分別驅(qū)動左右兩側(cè)對稱布置的兩副鏈條，且由張緊油缸通過張緊鏈輪張緊，而

117、在本設(shè)計(jì)中，兩副鏈條平行布置，運(yùn)動同向同步，由一臺低速大扭矩液壓馬達(dá)通過一個軸將動力傳遞給鏈條，這其中不需要張緊油缸和張緊鏈輪，而設(shè)計(jì)一段不完全封閉的限制軌道，鏈條在其中運(yùn)動。在以往設(shè)計(jì)中，油管卡瓦被夾緊時(shí)，采用布置在兩鏈條內(nèi)側(cè)的三段壓板壓緊，這樣各壓板由于某種原因會移動不一致，導(dǎo)致夾緊效果不理想。而本設(shè)計(jì)中，在油管卡瓦（夾緊卡瓦）一端設(shè)計(jì)安置一滾軸，滾軸可沿兩側(cè)導(dǎo)軌滾動，在油管卡瓦移動距離不很大的情況下，將一側(cè)導(dǎo)軌固定在箱體上，而另一

118、側(cè)則和夾緊油缸伸出的活塞桿聯(lián)接在一起，這樣可隨夾緊油缸伸出的活塞桿作直線往復(fù)運(yùn)動，可以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開。所以兩者相比，本設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)較為合理，效率較高，較為經(jīng)濟(jì)。</p><p>　　其次，從功能原理上考慮，兩者的基本功能是相同的，即都是夾緊油管并克服井下壓力對油管的上頂力，把油管注入井內(nèi)和從井內(nèi)起出油管，控制油管注入和起出的速度?；驹砩希酝⑷肫鞑捎脙膳_液馬達(dá)，帶動鏈條，鏈條外側(cè)嵌裝油管卡瓦。夾緊

119、油缸推動夾緊壓塊夾緊鏈條的內(nèi)側(cè)，使油管卡瓦夾緊油管。當(dāng)井口中心一側(cè)的鏈條向下運(yùn)動時(shí)，將油管注入井內(nèi)，反之將油管從井內(nèi)起出來，</p><p>　　而且，為保證鏈條的正常工作，采用張緊油缸調(diào)節(jié)張緊鏈輪，使鏈條完全張緊；而本設(shè)計(jì)中，采用一臺低速大扭矩液馬達(dá)驅(qū)動鏈條，而鏈條內(nèi)側(cè)與夾緊構(gòu)架由銷軸聯(lián)接，夾緊卡瓦則與夾緊構(gòu)架被另一銷軸聯(lián)接。夾緊卡瓦的另一端設(shè)計(jì)有滾軸，當(dāng)滾軸進(jìn)入兩縱向?qū)к墪r(shí)，夾緊卡瓦夾緊油管；當(dāng)滾軸離開縱向?qū)?/p>

120、軌同時(shí)被分隔板分開時(shí)，夾緊卡瓦松開油管。兩者相比之下，由于本設(shè)計(jì)中油管夾緊或松開的過程能非常連續(xù)性的，不會發(fā)生某處夾緊而某處未夾緊現(xiàn)象，故可靠性較高，效率也較高。</p><p>　　最后，從成本價(jià)格上看。從以往注入器需2臺液馬達(dá)，6個夾緊油缸，兩副鏈條，2個張緊油缸，2個張緊鏈輪，8個相同軸承，4個較小軸承等。而本設(shè)計(jì)中，一臺液馬達(dá)，3個夾緊油缸，兩副鏈條，4個相同軸承等。兩者相比，本設(shè)計(jì)中成本較低，而且，結(jié)構(gòu)

121、簡單，易維修。</p><p>　　經(jīng)粗略估算，本次設(shè)計(jì)注入器制造成本大約為200萬元左右。</p><p><b>　　5 結(jié) 論</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的連續(xù)油管注入器是在以往注入器的基礎(chǔ)上進(jìn)行小范圍局部改進(jìn)，但總體性能卻得到了很大的改善。具體地說：</p><p>　?。?）夾持擋板入口和出口處采用

122、拋物線設(shè)計(jì)，這樣當(dāng)夾緊塊（夾緊卡瓦）進(jìn)入縱向?qū)к墪r(shí)，夾持塊受到勻速遞增的載荷，過渡平穩(wěn)，以免造成較大的沖擊載荷。</p><p>　?。?）夾緊卡瓦上安有嵌入體，這不僅能產(chǎn)生很大的抱緊力，不會產(chǎn)生相對滑動現(xiàn)象；另外，嵌入體生產(chǎn)采用比油管材料軟的材料，比如，銅和鋁，這樣油管磨損較小；最后，嵌入體可以更換，可以適應(yīng)不同尺寸的油管直徑。其中，更換嵌入體比更換油管更經(jīng)濟(jì)。</p><p>　?。?

123、）夾緊油缸采用活動式設(shè)計(jì)，當(dāng)在作業(yè)的過程中，如果發(fā)生意外或者故障，可以及時(shí)松開夾緊油缸處理井下事故。所以此注入器又叫移動式連續(xù)油管注入器。</p><p>　　隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，石油機(jī)械也不斷隨之發(fā)展，就全國對連續(xù)油管日益廣泛的應(yīng)用來看，連續(xù)油管注入器越來越顯得其突出地位。同時(shí)，也需要即經(jīng)濟(jì)又耐用的注入器誕生，以取代舊式設(shè)備?？梢灶A(yù)測，在未來對連續(xù)油管注入器的需求將有增無減，所以連續(xù)油管注入器有很好的發(fā)展前