混砂车输砂器的设计.docx
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混砂车输砂器的设计.docx
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混砂车输砂器的设计
混砂车输砂器的设计
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摘要
螺旋输砂器是混砂车的核心部件之一,螺旋输砂器输砂性能的好坏,决定着混砂车的工作效率,混砂车的工作效率直接影响到整个压裂固井作业的效率。
螺旋输砂器的工作原理是利用其物理性能将砂输送到混砂罐车内。
本课题是根据给定的性能参数,确定螺旋直径和螺旋轴径,再进行螺旋输砂器结构参数的设计计算。
进一步设计螺旋输砂器的螺旋轴、螺旋叶片、连接法兰、前后端的结构、以及筒体和支架,校核螺旋轴、上端轴和下端轴,选择轴承和验证轴承的使用寿命。
对法兰轴连接和轴承密封与润滑进行优化,达到在恶劣环境下的使用条件,提高工作效率,延长使用寿命。
再对螺旋叶片下料方法的确定,计算画出螺旋叶片的下料图。
利用CAXA软件完成螺旋输砂器的总装配图,螺旋输砂器装备图,筒体、螺杆、料斗及支架的零部件图。
关键词:
混砂车;螺旋输砂器;结构设计;设计计算
ABSTRACT
Sandconveyorisoneofthemostimportantconstituentsofthesandblender,whosecapacitytosendsandscanevaluatetheefficiencyofsand conveyor.Theefficiencycaninfluentthefracturingoperationdirectly.Theoperatingprincipleofsand conveyoristhatsandscanbesenttomixedsandtankcarwithitsphysicalproperties.Accordingtotheperformanceneededparameters,Thepurposeofthisthesisisthathowtoconfirmthespiraldiameteanddiameterofaxle,andthenconductthedesignandcalculationofthestructuralparametersofsand conveyor,withthehelpoftheneededparameters.Thenextstepistodesignscrewshaft,screwblade,structure,connectingflange,holder,screwaxis,frontandbacksidestructure,selectingtheworkinglifeofbearing.Testercanoptimizeflangedshaftandthesealingandlubricationofbearing,inordertosandconveyorcanbeusedinharshenvironmentsandimproveitsefficiencyandworkinglife.Andthenext,themethodtoensurescrewbladeandthecuttingdiagramofscrewbladecanbecalculated.Finally,thelastprocedureisthatthegeneralassemblydrawing,figureequipment,barrel,andscrewhopperofsandconveyor,andpartsofparameterofholdercanbecompletedwithCAXA.
Keywords:
sandblender;screwconveyor;structuraldesign;designcalculation
第1章绪论
1.1混砂车的用途及组成1
1.2混砂车输砂器的功能及组成2
1.3本课题研究的内容2
1.4本课题研究的意义4
第2章螺旋输砂器的参数的确定及设计方案
2.1螺旋输砂器的设计参数5
2.2螺旋直径的确定5
2.2.1确定螺旋直径的方法5
2.2.2螺旋直径的确定6
2.3螺旋输砂器的功率7
2.4螺旋输砂器的设计方案7
第3章混砂车螺旋输砂器各部件的设计
3.1螺旋体的设计9
3.1.1螺旋轴的设计9
3.1.2螺旋叶片的设计10
3.1.3螺旋轴的校核13
3.1.4法兰的设计15
3.2轴的设计和轴承的选择16
3.2.1下端轴设计和轴承选择16
3.2.2上端轴设计和轴承的选择19
3.3筒体的设计20
3.4料斗的设计21
3.5支架的设计22
第4章润滑与密封
4.1轴承的润滑24
4.2各部件的密封24
第5章叶片的制造工艺
5.1叶片的下料方法25
5.2叶片的下料图25
5.3叶片材料的选择及下料27
5.4叶片的拉伸成形27
总结与展望28
参考文献30
致谢32
附录33
第1章绪论
1.1混砂车的用途及组成
混砂车(见图1.1)是油田压裂、防砂作业的主要配套设备,主要用于混合、搅拌、输送压裂作业需要的砂液等介质。
该设备具有能够在零下30℃至40℃的环境温度范围内满负荷连续工作6小时以上的能力。
适用于配制各种不同添加剂的压裂液,可向各型压裂车泵送不同砂比、不同粘度的压裂液,完成大、中型压裂施工。
本设备为车载式,能适合无等级路面行驶,并适用于粗糙路面、风沙灰尘、泥泞的油田环境。
混砂车是目前油田压裂广泛使用的一种机型,其作业性能稳定,混砂量大,可为多台联机作业的压裂机提供稳定充足的砂液供应。
混砂车主要由底盘部分和台上部分组成。
台上部分主要由台上发动机、液压系统(包括散热系统)、吸入和排出系统、输砂和混砂系统、液体化学添加剂添加系统、干粉添加系统和数据采集系统等几大部分组成。
该车采用全液压驱动,车台柴油机输出动力,经分动箱并带动四组油泵,六组油泵在分别驱动各油马达以实现输砂、搅拌、胶联、干添、吸入等工作。
图1.1混砂车示意图
1.汽车;2.液压系统;3.台上发动机;4.传动系统;5.操作台;6.仪表台
7.干添加剂加入装置;8.混合罐;9.螺旋输砂器;10.液体添加剂输入泵组
及灌注泵;11.砂泵;12.油泵传动装置;13.吸入离心泵
1.2混砂车输砂器的功能及组成
输砂器(见图1.2)采用液压马达驱动螺旋绞龙旋转,旋转的螺旋绞龙将砂斗里的砂(颗粒状)输送到离地面一定高度的混砂罐中,与液体进行混合搅拌。
螺旋输砂器除实现输送功能外,还需要对其输送的介质进行流量计量。
输砂绞轮控制采用独立的控制工作方式,在输砂量小于1.5m3/min时,可使用单筒工作。
螺旋输砂器部件由输砂绞龙外壳、砂斗、输砂绞龙轴、输砂器支座、液压马达支座、起升托座等组成。
输砂绞龙轴为液力驱动,可分别无级调速及正反转,绞龙轴由钢板卷制叶片并与钢管焊接面成。
输砂量器的砂斗为整体式、砂斗距地面高度不大于0.8米。
当输砂器起升到合适位置后由销轴插入支撑板中锁定输砂器绞龙轴上部装有信号检测计量齿盘,通过传感器和电缆将输砂信号传递到仪表台和仪表车上。
瞬时砂量、累计砂量及砂比仪表台的数显仪直接读出。
砂从进砂口进入绞龙壳内,螺旋叶片焊接在输砂轴上,在液压马达的驱动下带动砂的传输,出砂口流出的砂直接进入到混砂车混砂罐内,螺旋输砂器的上端和下端轴承用于支撑绞龙,上下端密封可以防止砂的流出并避免损伤上下端轴承。
当螺旋输砂装置工作时,旋转的叶片将物料推移而进行输送。
图1.2螺旋输砂器示意图
1.上端轴承;2.出料口;3.螺杆;4.筒体;5.进料口;6.下端密封;7.下端轴承
1.3本课题研究的内容
混砂车螺旋输砂器属于大倾角螺旋输砂器,其卸料口在上端。
输送的原理是绞龙以较高的速度旋转,输送物料在与螺旋绞龙摩擦力的作用下,产生较大的离心力。
离心力的存在将使物料克服摩擦力的作用而被压向输送通的附近,并使这些颗粒与筒体内壁产生新的摩擦力,当摩擦力足够大时,就能克服物料的重力及其他力所引起的下滑力,在螺旋叶片的推动下,物料又克服它与螺旋叶片间和它与输送管内壁间的两个摩擦阻力,从而以比螺旋转速较低的旋转速度上升,直到出料口卸出。
目前,螺旋输砂器的研究方法主要有计算机模拟、实验研究等。
实验研究分为实物实验和模型实验,由于实验室空间和试验成本有限,考虑进行缩尺模型试验。
缩尺模型实验尺寸小,有利于加工制造,便于更换螺旋轴,改变倾角等实验项目,同时节约相关零部件的加工成本,且运行成本低,适合在实验室内进行。
本课题研究的内容是螺旋轴的设计、螺旋叶片的设计、连接法兰的设计、上端轴和下端轴的设计、轴承的选择、轴承的密封与润滑、螺旋叶片的制作工艺。
混砂车输砂器是大倾角螺旋输砂器,为了保证工作中螺旋轴始终处于拉伸状态,而使轴保持直线以减少轴的挠曲度,螺旋输砂器的驱动装置宜设在装有轴向止推轴承的上部卸料端。
为了避免物料堵塞,大倾角螺旋输砂器不需安装中间轴承。
所以只有两端轴承支撑。
两端轴承均应装在筒体的两端,由端盖支撑封闭,同时承受轴向力。
这样既便于安装维护,也防止了物料对其腐蚀,有利于滚动轴承的密封,其下端轴承宜选用双列自动调心轴承,以适应螺旋在安装和运转过程中的挠曲度也可以选用普通轴承万向联轴节结构。
大倾角螺旋输砂器的料槽应采用圆管式构造形式,一般可采用无缝钢管制作。
由于停车时,积于管壁的物料要回流,故在料槽的底部应开有活动门,以便与清理。
由于螺旋输砂器在工作时,螺旋轴高速旋转,在喂料口,物料颗粒产生垂直于输送方向沿径向方向的抛掷和跳跃运动,从而影响正常的输送喂料,因此,在高速螺旋输砂器喂料口应保证一定的喂料压力,通常是利用由同一动力驱动的,但根据经验,对于如砂子这样一些颗粒较小,且具有很好的松散流动性,可以不用喂料螺旋机,而采取增加喂料料斗高度的方法,用物料静压以保证必要的喂料压力,同样可以很好地完成喂料任务。
料槽卸料口的位置,可按物料沿出口避免能下滑的条件来设计,但必须保证物料不反流,一般出料口位置的水平倾角为45°~60°,加大倾斜角度可以保证卸料干净。
支架是把输砂器固定在混砂车尾部的设备,使输砂器能够安全可靠地固定在混砂车尾部,支架要能承受输砂器在满载工作时输砂器的总重量。
由于混砂车可以在无等级路面行驶,支架还要有良好的稳固性,即要有可靠地刚性和柔性。
混砂车是长期在野外工作,为了防止灰尘和筒体中的砂粒进入轴承中损坏轴轴承,混砂车螺旋输砂器的轴承要有良好的密封和润滑。
螺旋叶片在输送物料的过程中容易被磨损和腐蚀,螺旋叶片的耐磨性决定着输砂器的工作效率和使用寿命,合理的选取螺旋叶片的材料,螺旋叶片经过热处理,能提高螺旋叶片的耐磨性,在工作中减少螺旋叶片的更换次数,提高工作效率。
1.4本课题研究的意义
随着科技不断地的发展,用机械代替人类劳动越来越多,螺旋输砂器对于减轻繁重的体力劳动,提高劳动生产率,实现物料输送过程的机械化和自动化,都具有重要的现实意义。
螺旋输
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