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钻井泥浆搅拌机的设计cad1张三维图＋设计说明书

news 2025/8/14 12:13:49

摘要
在石油工程钻井中，钻井泥浆搅拌机在钻井固控过程中发挥了极其重要的作用。由于在钻井过程中对钻井泥浆密度的要求比较严格，一旦发生钻井泥浆性能失效，往往造成巨大的经济损失，导致钻井施工人员伤亡等灾难性事故，对环境也会造成很大的破坏。所以钻井泥浆搅拌机的工作性能和效率是安全生产的必要环节之一。钻井泥浆搅拌机的工况性能检测是本文研究的重点特别对钻井泥浆搅拌机工况参数实时性能检测方法进行探索。
课题搜集国内外泥浆搅拌机的相关资料进行分析研究，明白了泥浆搅拌机的特点、原理及发展方向，并结合国产搅拌机的技术现状和生产实际提出具体的设计方案。开展了对泥浆搅拌机的结构方案、主要零件设计计算和其强度计算。
在搅拌机结构方案设计和理论计算以及强度校核的基础上，绘制了具体的装配图及必要的零件图。
通过对国内外固控系统技术现状调研，进一步认识了国内外先进搅拌机的优点及现存的缺点；通过开展钻井泥浆搅拌机设计工作，为研制新产品，提高搅拌机的综合性能提供理论依据和方法，最终设计出了结构合理、工作安全的钻井泥浆搅拌机。

关键词：搅拌机；钻井；桨叶式

目录
摘要   1
Abstract   2
第一章绪论   5
1.1 课题的研究背景   5
1.2 国内外研究现状分析   5
1.2.1 国外研究现状分析   7
1.2.2 国内研究现状分析   8
1.3 设计目的及意义   11
1.4 课题主要设计的内容   11
第二章泥浆搅拌机结构方案   13
2.1 总体方案   13
2.2 参数确定   13
2.3 原动机型号的计算选择   14
2.4 轴封类型   14
第三章泥浆搅拌机主要零件设计计算   16
3.1泥浆搅拌机功率的确定   16
3.2传动方式介绍   16
3.3传动设计计算   16
3.3.1选择蜗杆传动类型   16
3.3.2选择材料   16
3.3.3确定主要参数   16
3.4 搅拌轴设计   17
3.4.1 材料的选择   17
3.4.2 初选最小轴径   17
3.4.3 设计轴的结构并绘制草图   18
3.4.4 计算轴上载荷   19
3.5搅拌轴的密封设计   21
3.6泥浆搅拌机叶轮的设计   22
3.6.1泥浆搅拌机叶轮的选择   22
3.6.2搅拌叶轮形状与流态的关系   23
3.6.3搅拌叶轮循环流量的计算   24
3.6.4搅拌叶轮几何尺寸及层数计算   26
3.6.5泥浆搅拌机叶轮型式的选择   28
3.6.6搅拌叶轮强度设计及校核   28
第四章主要零件的强度校核   30
4.1蜗杆传动的强度校核   30
4.1.1蜗轮齿面接触疲劳强度计算   30
4.1.2齿根弯曲强度校核   30
4.1.3验算传动效率   32
4.2泥浆搅拌机轴承型号选择   33
4.2.1求当量动载荷   33
4.2.2计算所需的径向额定动载荷值   34
4.2.3选择轴承型号   34
4.3键的强度校核   34
4.3.1键的主要尺寸确定   34
4.3.2键的强度校核   35
总结   36
参考文献   37
致谢   39

第一章绪论
1.1 课题的研究背景
机械搅拌设备广泛应用于众多工业过程，如流体混合、汽液分离、固液悬浮以及传热等过程。而且在工业过程中起到很重要的作用，这就要求搅拌设备安全、可靠及易于维护。为了达到这一要求必须对搅拌机所能承受的载荷有比较详细的了解。搅拌过程是在流场中进行动力传递或者是包括热量、质量等的传递过程。搅拌机是向介质输入机械能量，使其形成适宜流场的器件。搅拌机向介质输入机械能量，介质对搅拌叶片必然会产生相应的流体作用。流体作用是搅拌装置所受载荷的基础，而扭矩、弯矩、推理、轴承的载荷、齿轮箱的载荷等都是由于流体作用力产生的[2]。
钻井泥浆搅拌机是固控净化配套系统的一部分，为了保持钻井泥浆的均匀性并使固相颗粒悬浮，而对钻井泥浆进行连续可靠的搅拌。在石油钻井施工中，钻井泥浆被誉为“钻井的血液”是钻井过程正常运行部可缺少的物质，它能起到平衡地层压力、携带悬浮钻屑、清洗井底、保护井壁、冷却钻头、润滑钻具及传递动力等作用。钻井泥浆技术是钻井系统工程中的一个重要组成部分。尤其是随着石油勘探开发工作的发展勘探领域越来越广，钻井深度不断增加钻遇的地层日益复杂，钻井泥浆作业越来越得到普遍的重视，并提出了更严格的要求钻井必须使用优质钻井泥浆[3]。
1.2 国内外研究现状分析
钻井泥浆搅拌机，又称钻井泥浆固相控制系统，主要由泥浆罐、振动筛、除砂器、除泥器、离心机、砂泵、搅拌机部件组成。较大的钻井岩屑在通过振动筛时将会被分离。再通过离心机时，可以将较细的固相分离。搅拌机的旋转可以防止固相的沉积，达到五级净化。钻井泥浆固相控制系统由多个罐体组成，具有结构设计紧凑，运移性好，容易安装，系统维修量少等优点。
泥浆搅拌机是钻井泥浆罐式固控系统的重要设备，作用是为了保持钻井泥浆的均匀性并使固相颗粒悬浮，主要用于钻井泥浆的搅拌混合，防止钻井泥浆固相颗粒在循环过程中沉淀，使钻井泥浆混合均匀、稳定。泥浆搅拌机可广泛应用到油田钻井泥浆固控系统中，同常安装在泥浆罐上，和泥浆罐构成泥浆搅拌罐。
搅拌机的类型主要有下列几种：
①旋桨式搅拌机
由2～3片推进式螺旋桨叶构成，工作转速较高，叶片外缘的圆周速度一般为5～15m/s。旋桨式搅拌机主要造成轴向液流，产生较大的循环量，适用于搅拌低粘度(＜2Pa·s)液体、乳浊液及固体微粒含量低于10％的悬浮液。搅拌机的转轴也可水平或斜向插入槽内，此时液流的循环回路不对称，可增加湍动，防止液面凹陷。
②涡轮式搅拌机
由在水平圆盘上安装2～4片平直的或弯曲的叶片所构成。桨叶的外径、宽度与高度的比例，一般为20:5:4，圆周速度一般为3～8m/s。涡轮在旋转时造成高度湍动的径向流动，适用于气体及不互溶液体的分散和液液相反应过程。被搅拌液体的粘度一般不超过25Pa·s。
③桨式搅拌机
有平桨式和斜桨式两种。平桨式搅拌机由两片平直桨叶构成。桨叶直径与高度之比为4～10，圆周速度为1.5～3m/s，所产生的径向液流速度较小。斜桨式搅拌机的两叶相反折转45°或60°，因而产生轴向液流。桨式搅拌机结构简单，常用于低粘度液体的混合以及固体微粒的溶解和悬浮。
④锚式搅拌机
桨叶外缘形状与搅拌槽内壁要一致，其间仅有很小间隙，可清除附在槽壁上的粘性反应产物或堆积于槽底的固体物，保持较好的传热效果。桨叶外缘的圆周速度为0.5～1.5m/s，可用于搅拌粘度高达200Pa·s的牛顿型流体和拟塑性流体（见粘性流体流动。唯搅拌高粘度液体时，液层中有较大的停滞区。
⑤螺带式搅拌机
螺带的外径与螺距相等，专门用于搅拌高粘度液体(200～500Pa·s)及拟塑性流体，通常在层流状态下操作。
⑥磁力搅拌机
Corning数字式加热器带有一个闭路旋钮来监控与调节搅拌速度。微处理器自动调节马达动力去适应水质、粘性溶液与半固体溶液。
涡轮式泥浆搅拌机，是钻井泥浆搅拌环节中最常用的搅拌机类型，能有效完成几乎所有的搅拌操作，并能处理黏度范围很广的流体。属于低黏流体用搅拌机，涡轮式搅拌机可分为开式和盘式两种。开式有平直叶、斜叶、弯叶等，盘式有圆盘平直叶、圆盘斜叶、圆盘弯叶等。开式涡轮常用的叶片数为2叶和4叶，盘式以6片最常见。涡轮式搅拌机有较大的剪切力，可使流体微团分散得很细，适用于低黏度到中黏度等黏度流体的混合、液液分散、液固悬浮。平直叶片剪切作用较大，属剪切型搅拌机。弯叶是指叶片朝着流动方向弯曲，可降低功率消耗，适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。ZHJBQ系列泥浆搅拌机适用于石油钻井泥浆的搅拌作用，其结构紧凑、占地面积小，搅拌效果好等优点；7.5kW以上钻井泥浆泥浆搅拌机采用涡轮蜗杆式减速传动，具有传递扭矩大、运转平稳、工作可靠等优点。
TCNJ-2-L泥浆搅拌机电机功率在5.5kW以下均采用摆线减速机，7.5kW以上钻井泥浆泥浆搅拌机采用蜗轮蜗杆减速机传动，TCNJ-2-L泥浆搅拌机适用于石油钻井泥浆的搅拌作用，其