油田注水泵及其系统性能测试综合试验台设计毕业设计.docx
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油田注水泵及其系统性能测试综合试验台设计毕业设计.docx
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油田注水泵及其系统性能测试综合试验台设计毕业设计
ZSB-1油田注水泵及其系统性能测试综合试验台设计
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
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作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要:
注水泵属于通用机械的范畴,在能源经济的各部门应用十分广泛。
注水泵在供水系统中是实现动力循环的重要组成部分,是重要的辅机之一。
为了实现水泵的安全经济运行,提高注水系统的效率,必须掌握水泵基本原理、性能、结构、及运行调节等方面的必要知识,掌握水泵性能试验技术。
为了测定注水泵的各项性能参数,进而绘制出泵的性能曲线,我设计了注水泵性能测试实验台.可实现能动态模拟油田注水工况,进行动态试验;能实现注水泵串并联工作、多级注水泵的拆级、增级工作及注水泵系统能耗测试及节能分析的实验;
本次实验使用的多级泵为离心泵,型号分别为为MD12-25-5和MD12-25-7,增压泵型号为KQL50/150-2.2/2,进出口管径均设计为57mm。
通过操作本次实验,我们可以熟悉离心泵实验装置的布置以及各种测试的操作方法,并且掌握实验原理。
通过对数据的处理以及离心泵性能曲线的绘制,可以加深对离心泵性能的了解。
关键词:
注水泵、性能参数、性能曲线、试验装置
Thedesignofcomprehensiveexperimentstageoftheinjectingpumpanditssystemperformancetest
Abstract:
InjectingPumpsbelongstothescopeofgeneralmachinery,intheenergysourceseconomywithawiderangeofdepartmentsshould.InjectingPumpinthewatersupplysystempowercycleistoachieveanimportantcomponentoftheauxiliaryisanimportantone.Inordertoachievesafeandeconomicoperationofthepump,wemustmasterthebasicprinciplesofpumps,performance,structure,andoperationalaspectsofregulatingthenecessaryknowledgeandtechnologytomasterpumpperformancetest.
Tothedeterminationoftheperformanceparametersofcentrifugalpump,centrifugalpumpandthentomapouttheperformancecurve,Idesignedacentrifugalpumpperformancetest-bed.Thetest-bedcanachievethegoalwhichtrendingimitatetheoilfiledwaterinjectingcondition,workthetrendsexperiment;couldachievetheinjectingpumpworkinseriesorinparallel,addthestepsofpumpsandachievetheenergyconsumetestingoftheinjectingpumpsystem,dotheexperimentoftheenergyconseverationanalyse.
ThestepspumpusedinexperimentalmodelisMD12-25-5andMD12-25-7,thepressureboostpumpusedinexperimentalmodelisKQL50/150-2.2/2,thepipearedesignedtoimportandexportofdiameter57mm.Throughtheoperationofthisexperiment,wecanexperimentwithcentrifugalpumpinstallationsaswellasthelayoutoftheoperationofvariousinstruments,andmastertheprincipleoftheexperiment.Ofdataprocessingaswellasthecentrifugalpumpperformancecurveofthemapping,youcandeepentheunderstandingoftheperformanceofcentrifugalpump.
Keywords:
waterinjectingpump,performanceparameters,performancecurves,theexperimentaldevice
1课题来源及意义
本毕业设计的题目为《ZSB-1油田注水泵及其系统性能测试综合实验台设计》,本题目主要是设计一个综合实验台,对注水泵各个方面的性能进行测试和计量,用以提高泵效及其使用寿命。
水泵测试系统对于水泵基础理论的研究与发展、水泵性能改进、水泵设计方法的完善都有着极其重要的作用,因此,水泵综合参数自动化测试系统的研究已经成为工业界广泛关注的课题之一。
目前,国内水泵测试精度低、实时性和可靠性差,很多还是传统的半自动化形式,其测位分散,全部测量信号没有综合管理,而且人机界面不够友好。
与国外性比,技术水平相对落后。
本文正是针对这种情况,对水泵的测试原理和方法进行研究和分析,根据测试系统的要求,将计算机技术、传感器技术、数据采集技术、智能控制技术相结合并融入现场总线控制技术,实现了水泵各项参数的控制、性能试验、数据保存、传输及曲线拟合等功能。
研究了数据采集与处理、曲线拟合、控制算法、数据库开发、通信等实现中的重难点问题,并采取了有效的硬件和软件抗干扰措施,确保了系统的稳定性高和可靠性。
油田注水系统是油田能耗大户,也是油田投资的主要领域之一,因此开发高效注水设备,提高现有注水系统运行效率,对于降低油田生产成本具有重要意义。
因此,这就需要从根本出发,找到问题解决的办法,循序渐进,才能有新的突破。
因此,现阶段我们开展水泵综合参数的自动化测试系统的研究,能够促进水泵测试系统的自动化水平,有助于提高泵产品的研发效率、改善产品的性能水平,具有较高的实用价值,对于降低油田生产成本,提高我国石油企业的竞争力也具有现实意义!
1.1国内外研究现状
1.1.1国外发展现状
在国外,欧美等发达国家关于泵的相关研究起步较早,在特殊泵的制造,泵的内特性测试等方面仍领先于国内。
对泵的外特性测试装置而言,早在1961年,英国国立工程实验室(NEL)立了自己的水力机械试验台,可用于水泵和模型水轮机(最大转轮直径0.5m)的性能试验,可以在开式和闭式两种循环方式进行效率和气蚀实验,部分参数是先半自动控制,实验数据由计算机自动采集和处理,并能自动绘制试验曲线和打印实验结果。
大量外文书刊级互联网资料显示,目前国外水泵测试系统的产品已经比较成熟,美国,德国等发达国家已经普遍化,并呈现高集成,小体积,可移动,多功能,设备全,易操作等特点。
例如美国TecQuipmentInc.生产的CentrifugalPumpTestSet,是一台用于离心泵测试的装置,为研究离心泵在不同扬程,流量和转速下的特性提供了一种新的测试方法。
尽管这类水泵测试装置具有高集成,小体积,可移动,多功能,设备全,易操作等优点,但在数据处理方面功能薄弱,缺少嵌入式的数据处理分析系统,效率不高。
1.1.2国内发展现状
在国内,泵测试技术的发展历程可以简单的划分为两个阶段:
20世纪70年代,20世纪80年代至今。
29世纪70年代属于指针式测试系统时期,泵的测试基本采用分立式仪器和仪表来测量各种物理量。
例如,用水银压力计,弹簧压力计等测量压力,用文土里流量计,涡轮流量计等测量流量,用电流表,电压表等测量电力参数。
测试仪表体积庞大,成本高,可靠性低,实验人员多,工作量大,效率低等都是这一时期水泵测试系统存在的问题。
一般情况下,整整一天时间内很难做完水泵的所有实验,为了得到性能优良的水力模型,往往需要进行多次模型试验,效率极低。
20世纪80年代至今属于测试系统的自动化时期。
随着产品结构调整和更新换代速度加快,市场对产品种类等方面已经难以满足泵产品研制合计顺改造的要求。
而这个时期正是计算机技术,通讯技术和智能控制技术高速发展的时期。
自动控制领域日新月异,智能仪表,先进的控制系统层出不穷。
这给水泵测试技术带来了契机,人们面临的困难迎刃而解。
智能电磁流量计,超声波流量计,微光流量计,智能电容式压力变送器,转矩转速传感器,微机扭矩仪,电子计算机、单片机等先进的智能电子装置迅速的被应用于新一代的水泵测试系统中,极大地提高了水泵测试系统自动化程度、测试精度、响应速度和人工效率。
尽管如此,这种测试系统仍然存在着部分参数手动控制,费时费力,调节精度不高,系统庞大,接口复杂,连线众多,计算机接口资源紧张,维护困难,程序编写难度高和应用软件界面不友好等特点。
在这一时期中后期,这种系统进建立在一些科研单位、高校和主要生产单位。
例如,江苏大学。
华北水利电力学院、清华大学、浙江机械研究所、东方电机厂等。
据调研资料表明,很多水泵测试系统还是传统的半自动化,其测位分散,全部测量信号没有综合管理,而且软件界面不够有好,真正建立有水泵微机自动化辅助测试平台的厂家还不是很多。
1.1.3水泵测试系统的发展趋势
随着工业技术的发展,我国水泵企业对测试设备的自动化、智能化要求与日俱增。
一方面,要求测试系统具有更高的速度、精度、可靠性和自动化水平,以便减少人力和提高工作效率;另一方面,要求测试系统具有更大的灵活性和适应性。
总体来说,水泵测试系统正朝着以下几个方向发展:
采用高精度、自动化的智能测试技术
传统的方式中,由于缺乏先进的控制方法,使得测量精度的提高进一步受到限制,不能鉴别设计上的微小改善,尤其是对流量这个非线性、时变、难以建立精确数学模型的控制对象,通常的方法是:
由人工进行工况调节,完全依靠工作人员的经验,调节费时、费力、稳定性差且精度不高。
随着科学技术的发展,尤其是自适应控制、鲁棒控制、非线性控制、大系统理论和预测控制等现代理论的出现,以及仪器仪表的高度自动化和信息管理的现代化,使得对流量的自动调节成为可能。
一些先进的控制方法和模糊控制不依赖于被控对象的数学模型,对无法建模或很难建模的复杂对象,也能利用人的经验知识来设计模糊控制器来完成任务。
与传统的PID控制相结合,也可以扬长避短,提高控制精度。
因此水泵测试系统应该打破传统的测试方法,综合采用现代的检测技术、智能控制技术、网络技术和电子计算机及其外部设备自动进行参数测试、传输和处理。
采用实时调节,实时测试,能快速采样和测试参数,从而提高测试系统的精度和自动化程度。
深入进行内特性方面的测试
深入进行水泵流道内不同工况下流速分布、压力分布、压力脉动、气蚀形态、气蚀强度、气蚀侵蚀部位等内特性研究,对全面测试水泵的性能、发展水泵理论和提高设计水平有重要意义,因此国外一些厂家和高等院校对内特性的研究十分重视。
目前高速摄影技术、流场显示技术、热膜探针、电子探针以及激光测速仪等新技术和仪表均已得到应用。
电子计算机在流态分析中也得到了应用。
多功能化
一个功能完善的微机水泵综合测试系统一般应能对多型式、多种规格的水泵进行测试,以此增加实验装置的适应性和多功能性。
此外,还要求尽量缩短研制周期和降低成本。
1.2离心泵的基础知识
(1)离心泵的基本结构
离心泵的基本构造是由六部分组成的,分别是叶轮,泵体,泵轴,轴承,密封环和填料函。
1)叶轮是离心泵的核心部分,它转速高出力大,叶轮上的叶片又起到主要作用,叶轮在装配前要通过静平衡实验。
叶轮上的内外表面要求光滑,以减少水流的摩擦损失。
2)泵体也称泵壳,它是水泵的主体。
起到支撑固定作用,并与安装轴承的托架相连接。
3)泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接,将电动机的转距传给叶轮,所以它是传递机械能的主要部件。
4)轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件,有滚动轴承和滑动轴承两种。
滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/3~3/4的体积太多会发热,太少又有响声并发热!
滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的,加油到油位线。
太多油要沿泵轴渗出并且漂溅,太少轴承又要过热烧坏造成事故!
在水泵运行过程中轴承的温度最高在85度一般运行在60度左右,假如过高就要查找原因并及时处理!
5)密封环又称减漏环。
叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区,影响泵的出水量,效率降低!
间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。
为了增加回流阻力减少内漏,延缓叶轮和泵壳的所使用寿命,在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环,密封的间隙保持在0.25~1.10mm之间为宜。
6)填料函主要由填料,水封环,填料筒,填料压盖,水封管组成。
填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙,不让泵内的水流不流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。
始终保持水泵内的真空!
当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内使填料冷却!
保持水泵的正常运行。
所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是非常重要的!
(2)离心泵的过流部件
离心泵的过流部件有:
吸入室,叶轮,压出室三个部分。
叶轮室是泵的核心,也是流部件的核心。
泵通过叶轮对液体的作功,使其能量增加。
叶轮按液体流出的方向分为三类:
1)径流式叶轮液体是沿着与轴线垂直的方向流出叶轮。
2)斜流式叶轮液体是沿着轴线倾斜的方向流出叶轮。
3)轴流式叶轮液体流动的方向与轴线平行的。
叶轮按吸入的方式分为二类,分别是单吸叶轮和双吸叶轮。
叶轮按盖板形式分为三类,分别是封闭式叶轮、敞开式叶轮和半开式叶轮。
其中封闭式叶轮应用很广泛,前述的单吸叶轮双吸叶轮均属于这种形式。
图1-1离心泵结构示意图
1.3离心泵的工作原理
离心泵的工作原理是:
离心泵所以能把水送出去是由于离心力的作用。
水泵在工作前,泵体和进水管必须罐满水行成真空状态,当叶轮快速转动时,叶片促使水很快旋转,旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去,泵内的水被抛出后,叶轮的中心部分形成真空区域。
水源的水在大气压力的作用下通过管网压到了进水管内。
这样循环不已,就可以实现连续抽水。
在此值得一提的是:
离心泵启动前一定要向泵壳内布满水以后,方可启动,否则将造成泵体发热,震动,出水量减少,对水泵造成损坏造成设备事故!
离心泵的种类很多,分类方法常见的有以下几种方式:
(1)按叶轮吸入方式分:
单吸式离心泵和双吸式离心泵。
(2)按叶轮数目分:
单级离心泵和多级离心泵。
(3)按叶轮结构分:
敞开式叶轮离心泵、半开式叶轮离心泵和封闭式叶轮离心泵。
(4)按工作压力分:
低压离心泵、中压离心泵和高压离心泵。
(5)按泵轴位置分:
卧式离心泵和边立式离心泵。
1.4离心泵的主要参数及性能曲线
水泵的性能参数如流量Q扬程H轴功率N转速n效率η之间存在的一定的关系。
他们之间的量值变化关系用曲线来表示,这种曲线就称为水泵的性能曲线。
水泵的性能参数之间的相互变化关系及相互制约性是以该水泵的额定转速为先决条件的。
1.4.1离心泵性能参数
泵的主要性能参数有流量
、扬程H、功率P、效率
和汽蚀余量
。
这些参数之间有着一定的相互联系,而反映这些性能参数间变化关系的曲线,称为性能曲线。
性能曲线通常是指在一定转速下,以流量
为横坐标,扬程H、功率P、效率
、汽蚀余量
为纵坐标,可绘制出
-H、
-P、
-
及
-
等不同的性能曲线。
这些曲线直观地反映了泵的总体性能。
性能曲线对泵的选型,经济合理的运行都起着十分重要的作用。
离心泵的性能曲线
(1)流量
流量是指单位时间内通过泵出口输出的液体量,一般采用体积流量
来表示,常用单位为
/s、
/h、L/s。
(2)扬程
扬程是单位重量输送液体从泵入口至出口的能量增量,用H表示,单位为m。
(3)转速
泵轴每分钟的转数称为转速,用n表示,单位是r/min。
(4)功率
泵的功率可分为有效功率、轴功率和原动机功率。
单位时间内通过泵的流体所获得的功率,即输出功率称为有效功率,用
表示。
原动机传递给泵转轴上的功率,即输入功率称为轴功率,用P表示。
原动机功率一般指原动机的输出功率,即原动机所具备的对
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- 油田 注水 及其 系统 性能 测试 综合 试验台 设计 毕业设计