鉆井注水用恒流器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前言具有恒定量給水技術(shù)的恒流能夠依靠隨著流入壓力和地層壓力的變化幅度來隨之調(diào)節(jié)噴嘴開度，使給水量的變化基本局限一定范圍浮動(dòng)，將以上的難題消滅。綜上所述，該恒流器的設(shè)計(jì)和研發(fā)有著如下意義：成功改善給水過程中流量浮動(dòng)的問題成功消滅注水過程中因?yàn)楣╇?，水，設(shè)備等因素對(duì)于流量所造成的不穩(wěn)定性的影響。同時(shí)，隨著給水的進(jìn)程，地層的滲入能力亦隨之發(fā)生變化。依靠液壓理論，流量隨著壓差的變化去變化。以上兩個(gè)原因都將導(dǎo)致工作實(shí)際給水量，偏離所需的額定工作量，若處理并不及時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超注亦或欠注的情況，沒有起到分層給水的優(yōu)勢(shì)。恒流水給水器能夠依靠給水壓差的變化來靈活調(diào)節(jié)流道，有效消減給水量的變化，以保障科學(xué)恒流的給水[1]。成功減小給水調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，精度低的現(xiàn)象在分層注水初期都必須經(jīng)過一定調(diào)節(jié)時(shí)間。這個(gè)階段，為了使實(shí)際給水量與所需的給水量一致，經(jīng)常需要來回測(cè)試實(shí)際給水量，乃至于多次放入收取噴嘴，這極大的提高了工作時(shí)間和運(yùn)營(yíng)成本。采用恒流水器代替固定噴嘴后，可依靠設(shè)計(jì)的給水量自行調(diào)整到穩(wěn)定工作點(diǎn)，保持恒定流量，成功改善了這一現(xiàn)象，為鉆井給水工作和運(yùn)營(yíng)帶來了極大的便利。成功·減少了運(yùn)營(yíng)成本，提升了油田綜合開采利益[2]。研究恒流器的科學(xué)結(jié)構(gòu)，為恒流器的設(shè)計(jì)和制造提供原理?？茖W(xué)的恒流器結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)是此課題的研究中心思想。研究恒流器工作時(shí)流量的動(dòng)態(tài)特性曲線的過程中，包括流量的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)特性曲線，能夠看出恒流器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)恒流效應(yīng)的作用。該結(jié)論可用來設(shè)計(jì)和制造給水恒流器[3]。

定量給水機(jī)理研究恒流噴嘴流量調(diào)節(jié)原理給水器的核心元件是恒流器，它是給水器中的主要流動(dòng)通道和流量調(diào)節(jié)裝置。起到流量控制的恒流器部分被稱為恒流噴嘴。依靠學(xué)過的液壓知識(shí)，通過噴嘴的流量Q可表示如下：（2-1）c--噴嘴流量系數(shù)，無量綱；A--噴嘴流動(dòng)面積，m2；--噴嘴前后的壓差，Pa；p--流體密度，Kg/m3。對(duì)于一個(gè)具有固定結(jié)構(gòu)和尺寸的噴嘴，其流量系數(shù)C和流量面積A是恒定的。因此，依靠公式（2-1）能夠得出，若噴嘴前后之間的壓力差由于受到外部條件干擾隨之改變，則通過噴嘴的流量也將會(huì)上下浮動(dòng)。恒流噴嘴是一種可調(diào)節(jié)溢流區(qū)域的噴嘴。其溢流區(qū)域可以自動(dòng)匹配噴嘴前后壓差的改變，從而達(dá)到向變化趨勢(shì)相反的方向進(jìn)行調(diào)整。也就是說，當(dāng)噴嘴前后的壓力差增大時(shí)，噴嘴的溢出面積反而會(huì)調(diào)節(jié)變小，反之，也是如此。因此，如果可以科學(xué)地設(shè)計(jì)恒流噴嘴的結(jié)構(gòu)，那么其溢流區(qū)域的調(diào)節(jié)可以完全抵消噴嘴前后壓力差對(duì)流量的影響，就可以保證噴嘴的恒定流量[4]。具有可調(diào)節(jié)溢流區(qū)域的恒流噴嘴大多都由兩個(gè)以上的元件組成。僅使用固定噴嘴很難實(shí)現(xiàn)恒定流量的目的。恒流噴嘴的典型結(jié)構(gòu)是“兩級(jí)噴嘴模型”，由固定噴嘴和可動(dòng)噴嘴兩部分組成，如圖2-1。圖2-1恒流器核心部件示意圖沒有壓力反饋裝置的恒流噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。它主要由固定噴嘴，彈簧和活動(dòng)柱塞裝配而成?？梢苿?dòng)柱塞和恒流器器殼體上的開度構(gòu)成可調(diào)節(jié)溢流區(qū)域的可動(dòng)噴嘴。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-2所示。附注1：水嘴附注2：滑閥附注3：彈簧圖2-2無壓力反饋式堵塞器簡(jiǎn)圖這種給水器的特點(diǎn)是噴嘴安裝在阻擋器的末端，然后一起移動(dòng)。圖2-1將F設(shè)定為由壓力平衡彈簧作用在柱塞上的力，將A設(shè)定為柱塞外圓的橫截面積。依靠力學(xué)原理討論了以下三種情況。隨著入口處壓力的增大，柱塞總成向左運(yùn)動(dòng)，接著出水口壓力減小，壓力一起變大。（1）當(dāng)，時(shí)，柱塞總成在壓力平衡彈簧的預(yù)壓縮力的作用下靠在濾罩端面之上。同時(shí)，出水口的面積變小，壓力變的很大（2）當(dāng)時(shí)，柱塞在彈簧拉力力的作用下向右移動(dòng)，恒流器出水口面積開始變小，壓力值變大，直到時(shí)，柱塞總成就會(huì)停止。此時(shí)，恒流器在出水口處壓力損失增大。如果將恒流器入口處的壓力增大，柱塞總成就會(huì)向左運(yùn)動(dòng)，出水口壓力會(huì)再次變小，壓力也會(huì)變大。（3）當(dāng)壓力減小，時(shí)，柱塞總成在彈簧力的推力作用下向左移，恒流器的出水口處壓力變大，壓力減小，降至，柱塞總成就會(huì)停止。隨著將壓力繼續(xù)減小，柱塞總成一直向右移動(dòng)，出水口面積變大，壓力隨著降低。能夠看出，只要科學(xué)的設(shè)計(jì)了恒流器的有關(guān)參數(shù)，就能夠讓柱塞跟著壓差的波動(dòng)而位移到合理的位置，使得可動(dòng)噴嘴可以與達(dá)成當(dāng)前壓力差相適合的開度，實(shí)現(xiàn)恒流器的恒流目的[5]。壓力反饋式恒流噴嘴雖然無壓力反饋裝置的恒流器理論上能夠?qū)崿F(xiàn)理論上的恒流，但因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)過于簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)過程并不可靠，使用率已經(jīng)很小。因此，本文考慮把壓力反饋裝置放置于恒流器的另一端，我們稱其為壓力反饋式恒流器。壓力反饋恒流噴嘴具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在這種類型的噴嘴在另一端引入了一個(gè)反饋壓力，其在平衡壓力波動(dòng)中發(fā)揮了極大的作用[6]。恒流器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3壓力反饋式堵塞器示意圖壓力反饋式恒流器的流量調(diào)節(jié)原理十分復(fù)雜。簡(jiǎn)單的原理理解如下：我們假設(shè)在某一時(shí)刻水噴嘴正處于正常的工作狀態(tài)，并且可移動(dòng)水噴嘴的開度為h，此時(shí)柱塞的力是平衡的。當(dāng)流入壓力發(fā)生波動(dòng)時(shí)，由于固定噴嘴的減壓效果，柱塞兩端的力不平衡，并且柱塞會(huì)發(fā)生移動(dòng)直到新的平衡點(diǎn)為止。同時(shí)，可動(dòng)噴嘴的開度與壓力差的變化呈相反地變化趨勢(shì)，使得通過恒流器的液體流量得以達(dá)到恒定[7]。恒流器的流量調(diào)節(jié)特性分析無壓力反饋式恒流器的流量調(diào)節(jié)特性因?yàn)榱髁空{(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)過程極不穩(wěn)定，無壓力反饋式恒流器經(jīng)常導(dǎo)致彈簧斷裂，使得給水器不能繼續(xù)工作。在現(xiàn)實(shí)中，無壓力反饋式恒流器使用率已經(jīng)十分小了。我們?cè)诖藘H研究其靜態(tài)特性。設(shè)恒流器出口傾角為0，則滑閥受力關(guān)系可表示為：（2-2）式中A——滑閥受壓面積，m2；——滑閥節(jié)流孔水的流速，m/s；K——壓力平衡彈簧剛度，N/m；——恒流器出口傾角；x——節(jié)流孔完全關(guān)閉時(shí)彈簧從自由長(zhǎng)度起始的壓縮量，m；h——從孔口關(guān)閉位置起始滑閥位移量，m。由式（2-1）可得經(jīng)滑閥上活動(dòng)噴嘴的流量：（2-3）式中——出水口的開度面積，m2；n——出水口的孔數(shù)；——變節(jié)流口的流量系數(shù)；p2-p3——恒流器出口壓差，Pa。由式（2—3）可得（2-4）由式（2-1）到（2-4）可得：（2-5）考慮到，式（2-5）可簡(jiǎn)化（2-6）式（2-6）中如果，則：（2-7）以上就是恒流器處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，計(jì)算通過噴嘴孔的流量的方法。流量的理論計(jì)算結(jié)果基本與實(shí)驗(yàn)結(jié)果保持一致壓力反饋式恒流器的流量調(diào)節(jié)特性從壓力反饋式恒流器的工作原理中得，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-5所示（工作時(shí)，恒流器垂直放置在給水器中）。圖2-4壓力反饋式恒流器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖注入的水通過噴嘴和閥室進(jìn)入地層，并且噴嘴結(jié)構(gòu)使水的流量在流過噴嘴時(shí)突然通過流動(dòng)通道改變，從而導(dǎo)致一定的局部壓力損失。依靠一元不穩(wěn)定能量方程，能夠解出流過噴嘴的給水的控制方程。（2-8）式中——給水在噴嘴上下的勢(shì)，m； ——噴嘴前后壓力，MPa； ——水的重度，N/m3；——噴嘴前后過流通道中水的流速，m/s；——流經(jīng)噴嘴時(shí)的水頭損失，m——噴嘴孔口長(zhǎng)度，m——噴嘴過流截面積，m2。因?yàn)閲娮旄叨群苄?，因高度差產(chǎn)生的水頭損失微小，可以忽略，同時(shí)考慮到（2-8）可以這樣表示（2-9）依次是噴嘴前后過流通道的截面積。依靠液壓相關(guān)知識(shí)，給水流經(jīng)噴嘴時(shí)的水頭損失為2（2-10）因?yàn)閲娮扉L(zhǎng)度值很小，紊流強(qiáng)度很大，值很小，所以，能夠忽略沿途的水力損失，只需要計(jì)算局部水力損失。在給水流經(jīng)噴嘴時(shí)的局部水力損失包括噴嘴入口處過流通道突然收縮所造成的壓力損失和噴嘴出口處過流通道突然擴(kuò)大所造成的壓力損失。所以，水頭分別為流道突然擴(kuò)大和突然縮小時(shí)的局部阻力系數(shù)，其大小是由過流通道截面積的突然變化程度所決定的。將式（2-11）代入式（2-9）并考慮，則有；（2-12）式中，從式（2-12）能夠知道，當(dāng)恒流器的各尺寸已經(jīng)固定，a和b都是常數(shù)。給水先流入噴嘴再流入閥腔，然后在柱塞和套筒組成的活動(dòng)噴嘴的作用注入井中。壓力反饋式恒流器閥腔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-5。圖2-5恒流器閥腔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖給水流經(jīng)活動(dòng)噴嘴的控制方程可由式（2-1）求取，代入活動(dòng)噴嘴處的參數(shù)，即為： 式中 活動(dòng)噴嘴的流量系數(shù)，無量綱；——活動(dòng)噴嘴的過流截面積，m2?；顒?dòng)噴嘴的開度受到來流壓力的變化影響，和都不是固定的，而是與活動(dòng)噴嘴開度h有關(guān)的函數(shù)。如圖2-6（b）所示，開度h與柱塞錐頭傾角是決定活動(dòng)噴嘴過流截面積的關(guān)鍵因素。活動(dòng)噴嘴的孔口截面是某個(gè)圓臺(tái)側(cè)面一部分。計(jì)算圓臺(tái)母線的長(zhǎng)度l： 現(xiàn)為快速計(jì)算，將噴嘴孔口截面視作一個(gè)矩形，設(shè)另一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，則該噴嘴的過流面積為： 將式（2-14）、（2-15）與式（2-13）聯(lián)立可以推導(dǎo)出給水流經(jīng)活動(dòng)噴嘴時(shí)的控制方程的計(jì)算式為：

式中，n是錐閥上開孔數(shù)，式（2-13）只表示經(jīng)過一個(gè)開孔的流量。實(shí)際上，錐閥上有多個(gè)開孔，一般為4個(gè)，也就是說，恒流器的活動(dòng)噴嘴過流面積是需要乘4的。以上過程綜合分析了給水流經(jīng)固定噴嘴與活動(dòng)噴嘴的控制方程。由上知，恒流器的流量調(diào)節(jié)功能主要是靠活動(dòng)噴嘴的開度改變來實(shí)現(xiàn)的。而控制活動(dòng)噴嘴開度的最主要的就是柱塞，當(dāng)柱塞向上移時(shí)，活動(dòng)噴嘴開度h變大，反之，減小。柱塞的運(yùn)動(dòng)方向有受力決定，想研究柱塞運(yùn)動(dòng)情況，就要先研究受力。穩(wěn)定的情況下，柱塞靜止，此時(shí)，柱塞在受到兩端液體壓力、彈簧力、液流推力和自身重力聯(lián)合的作用下，處于力平衡，其力學(xué)表示為：2 式中——為柱塞兩端的面積，m2；G——柱塞自身重力，N；k——彈簧的彈性系數(shù)，N/m。給水器在狹窄的井道中工作，為了適應(yīng)狹窄空間，恒流器設(shè)計(jì)要求很小，柱塞的尺寸更加小，其質(zhì)量?jī)H在幾十克間，卻要承受幾十兆帕的壓強(qiáng)。此外，從圖2-5中還能得出，柱塞兩端面積雖然不同，但因?yàn)殚g隙時(shí)刻有液體流經(jīng)，所以兩端有效面積實(shí)際是一樣的。所以，式（2-17）可以表示為： 經(jīng)過以上計(jì)算，我們得出了壓力反饋式恒流器靜態(tài)特性的方程，聯(lián)立式（2-12）、（2-16）和（2-18）就能夠?qū)ζ浞治?。?-19）如果只考慮穩(wěn)態(tài)特性的話，（2-19）中式（1）的微分項(xiàng)值為0，將式（1）代入式（3）則有：（2-20）將參數(shù)a代入上式，對(duì)^的系數(shù)項(xiàng)進(jìn)行處理如下：（2-21）式中，都是固定噴嘴與其前后過流通道截面積的比值，次二值決定了從式（2-20）和式（2-21）能夠得出，只要掌握了固定噴嘴過流面積柱塞頂部橫截面積和彈簧的彈性系數(shù)K，就可以調(diào)節(jié)活動(dòng)噴嘴的開度h，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)的目的。

恒流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與校驗(yàn)恒流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)依靠第二章對(duì)恒流器靜態(tài)規(guī)律的研究討論，結(jié)合機(jī)械和液壓方面的知識(shí)，可以對(duì)恒流器結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)規(guī)范的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。工況條件設(shè)計(jì)本文敘述的工況條件說的是恒流器要達(dá)到的基本要求和所其所處的外部工作條件，比如給水量、水流壓力，鉆井帶來的壓力等。其中，給水量和鉆井壓力可采用實(shí)際場(chǎng)地的相干工作人員給予的，分別采用地質(zhì)配注量和油藏壓力，重點(diǎn)是對(duì)注入壓力進(jìn)行精密科學(xué)的計(jì)算[8]。計(jì)算公式如下式中——注水井井口注入壓力，；——井口至恒流器的靜水壓力，；——井口至恒流器的沿程壓力損失，；——局部壓力損失，；——井口至恒流器入口的垂直距離，；——注水管內(nèi)徑，；——沿程水力摩阻系數(shù)和局部阻力系數(shù)；——從井口至恒流器流道發(fā)生轉(zhuǎn)向或過流面積發(fā)生改變的次數(shù)。能夠知道，只要明確了相干地質(zhì)參數(shù)及從鉆井口處到給水器這一流道的基本情況和結(jié)構(gòu)參數(shù)，就可以準(zhǔn)確獲取配水器工況參數(shù)了。結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法分析當(dāng)明確了恒流器的工作條件，計(jì)算出外，就計(jì)算出堵塞器的工作壓差： 若采用來表示恒流器固定水嘴與活動(dòng)水嘴的壓差，則依靠式（2-19）容易求得將上式代入（2-23）并同時(shí)考慮式（2-25），則可得到關(guān)系式：（3-7）分別柱塞的初始開度和彈簧的初始?jí)嚎s量，設(shè)計(jì)時(shí)明確，&的值也是柱塞的最大行程長(zhǎng)度。而參數(shù)a可以進(jìn)一步表示為（3-8）依靠第2章的分析可知，為了設(shè)計(jì)方便，在此，將其視作定值。由式（3-8）能夠看出，這樣處理之后，參數(shù)僅為固定水嘴孔徑的函數(shù)。因此，由式（3-7）可知，如果只從靜態(tài)特性角度出發(fā)，不去考慮恒流器的動(dòng)態(tài)性能，僅需要對(duì)活動(dòng)水嘴孔徑柱塞桿直徑d與所有彈簧強(qiáng)度k進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，就能夠在設(shè)計(jì)壓差下得到所需要的流量。圖3-1所示為以上恒流器主要參數(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3-1主要結(jié)構(gòu)參數(shù)示意結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)圖3-1主要結(jié)構(gòu)參數(shù)示意依靠以上分析明確了控制就能得到設(shè)計(jì)壓差下所需的流量。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，為方便產(chǎn)品的的制造與組裝，可以將柱塞桿直徑固定，以改變其他兩個(gè)參數(shù)的方式來滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)柱塞桿外徑改變時(shí)，閥套內(nèi)徑也要隨之改變，并且柱塞桿底部錐頭的直徑與水嘴擴(kuò)口內(nèi)徑時(shí)刻保持一致。為限制柱塞在閥套中向上運(yùn)動(dòng)，應(yīng)讓柱塞桿的直徑比柱塞底部的直徑稍小。依靠前面的分析，可取。剩下的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，可使用試算法明確，大體步驟為：先假設(shè)一個(gè)，用式（3-8）求得參數(shù)；然后再由式（2-12）求出指定流量求得固定水嘴壓差A(yù)；然后由式（3-5）得到活動(dòng)水嘴的壓差，代入式（2-13）中求出柱塞開度；依靠h與彈簧壓縮量的關(guān)系式求得該工作條件下的彈簧壓縮量，代入式（2-18）中就能求得彈簧彈性系數(shù)。如何檢驗(yàn)以上過程中假設(shè)是否合理，主要就在于計(jì)算過程中各參數(shù)的值是否正常。如果設(shè)置過小，則計(jì)算所得會(huì)很大，而可能會(huì)很小，甚至出現(xiàn)負(fù)值。此時(shí)，應(yīng)增大的值具體設(shè)計(jì)過程詳述如下：（1）假定固定水嘴孔徑，分別求其與，和的比值，依靠所計(jì)算比值，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，得到的值，代入式（3-8）求得參數(shù)的值。依靠機(jī)械手機(jī)手冊(cè)[33]可知的關(guān)系分別如表3-1和表3-2所示。表3-1突然縮小局部阻力系數(shù)計(jì)算表Table3-1Localresistancecoefficientofdiameter’ssuddenreduce000.10.20.30.40.50.60.70.80.91表3-2突然擴(kuò)大局部阻力系數(shù)計(jì)算表Table3-2Localresistancecoefficientofdiameter’ssuddenexpanding00.10.20.30.40.50.60.70.80.910.50.450.40.350.30.250.20.150.10.050為了方便編程計(jì)算，將以上兩表擬合，得到關(guān)系式如下；（3-9）（3-10）計(jì)算固定水嘴壓差，計(jì)算活動(dòng)水嘴壓差，計(jì)算在額定工作狀況下的柱塞開度h；（3-11）計(jì)算額定工作條件下彈簧的壓縮量： 其中，為柱塞的最大行程，其值等于柱塞的初始開度，即彈簧的預(yù)壓縮量，后面還要對(duì)的取值進(jìn)行更為詳盡的分析。計(jì)算彈簧彈性系數(shù)k（3-13）在以上過程中，如果計(jì)算所得過大，一般在（20%?30%）之間為宜，則要適當(dāng)調(diào)圖3-2試算流程圖Fig3-2Flowchartoftentativecalculation大的值；如果計(jì)算所得彈性系數(shù)很小或者值為負(fù)，則說明取值過大，應(yīng)該調(diào)小些。將以上過程用-流程圖表示如圖圖3-2試算流程圖Fig3-2Flowchartoftentativecalculation關(guān)鍵結(jié)構(gòu)計(jì)算與校核設(shè)某注水井井底注入壓力經(jīng)計(jì)算為27，油層壓力為20，地質(zhì)配注量為503/。依靠以上過程，對(duì)該油層所有恒流器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)校驗(yàn)如下所述。外形技術(shù)尺寸技術(shù)我們現(xiàn)將手冊(cè)中可以明確外形技術(shù)參數(shù)明確總長(zhǎng)；995mm最大外徑114mm最小通徑：46mm偏孔直徑；20mm工作壓力：25MPa恒流器最大外徑：22mm水嘴參數(shù)計(jì)算首先假設(shè)，其他各輔助參數(shù)取分析過程中所述數(shù)值，即，將以上參數(shù)代入式（3-8）有：固定水嘴壓差故可認(rèn)為設(shè)置較為合理?；顒?dòng)水嘴壓差在該工作狀態(tài)下，柱塞開度：設(shè)計(jì)活動(dòng)水嘴最大行程為2，彈簧預(yù)壓縮量為0.2，則在該工作狀態(tài)下參照彈簧設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2089-80，取彈簧彈性系數(shù)為37.4/。以該彈性系數(shù)反算，可以得到所需的固定水嘴孔徑。主體截面尺寸設(shè)計(jì)（1）主體材料的選擇依靠《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》上冊(cè)第一分冊(cè)P497，選擇主體的材料為35CrMo，并可知該材料的屈服強(qiáng)度為539.2MPa。安全系數(shù)的選擇依靠《機(jī)械設(shè)計(jì)》教科書P366，對(duì)用于材料均勻，載荷與應(yīng)力計(jì)算精確時(shí)S=1.3~1.5，由于封隔器的工作條件較惡劣，因此選擇S=1.5。主體的內(nèi)外徑選擇依靠《油田井下作業(yè)必備技術(shù)數(shù)據(jù)實(shí)用手冊(cè)》，已知?jiǎng)傮w最大通徑為70mm，則取主體最小通徑為34mm，即主體內(nèi)徑為17mm，取外徑為22mm。.彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算材料選擇彈簧是一種能夠產(chǎn)彈性形變的元件，它能夠在外界載荷作用下產(chǎn)生較大的變形。為了使彈簧能夠可靠的工作，彈簧的材料要求要有很高的彈性極限與疲勞極限，同時(shí)也該有足夠的韌性和塑性，及非常好的熱處理性。表7彈簧常用材料及許用應(yīng)力（摘自 GB1239-76）名稱組別許用切應(yīng)力許用彎曲應(yīng)力切變模量GMPa彈性模量EMPa推薦硬度HRC推薦使用溫度℃特性及用途彈簧類別彈簧類別Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅰ類Ⅱ類碳素彈簧鋼絲Ⅰ組Ⅱ組Ⅲ組0.3σB0.4σB0.5σB0.5σB0.65σB81400~7850020300~201000-40~+120強(qiáng)度高、韌性好，適用于做小彈簧特殊用途碳素彈簧鋼絲甲組、乙組、丙組硅錳合金彈簧鋼絲471628785785981785001960045~50-40~+200彈性好，回火穩(wěn)定好，易脫碳，用于制造大載荷彈簧依靠表7選擇碳素彈簧鋼，這種彈簧鋼的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，原材料來源方便；缺點(diǎn)是彈性極限低，多次重復(fù)變形后易失去彈性，且不能高于120℃的溫度下正常工作。彈簧的尺寸計(jì)算由于選擇的材料為碳素彈簧鋼，依靠上表可知MPa（1）N/mm（2）N（3）（4）（5）mm（6）取d=2mm>1.06mm.參數(shù)名稱及代號(hào)計(jì)算公式結(jié)果中徑D2D2=cd=5×2=1010內(nèi)徑D1D1=D2-d=10-2=88外徑DD=D2+d=10+2=1212旋繞比cc=D2/d=10/2=55自由高度H0H0=nd=30×2=6060螺旋角α取4o表8彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)

環(huán)境影響及其可持續(xù)發(fā)展性研究現(xiàn)今時(shí)代，經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械設(shè)計(jì)史，工程師們有感于其對(duì)資源、能源的巨大消耗以及對(duì)地球生態(tài)環(huán)境的破壞，遂提出了綠色設(shè)計(jì)的概念。我國(guó)偉大的領(lǐng)導(dǎo)人習(xí)近平總書記，曾在十九大做出報(bào)告，強(qiáng)調(diào)了要節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境。為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召與適應(yīng)當(dāng)今設(shè)計(jì)趨勢(shì)，將綠色設(shè)計(jì)理念，融入到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)中[9]。設(shè)計(jì)及材料選取本產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中主要使用標(biāo)準(zhǔn)件并且使用了模塊化設(shè)計(jì)和循環(huán)設(shè)計(jì)。使用標(biāo)準(zhǔn)件便于對(duì)零部件回收利用，減少浪費(fèi)，將資源和能源的利用程度達(dá)到最高。模塊化和循環(huán)設(shè)計(jì)也是為了達(dá)成以上目的。本產(chǎn)品非標(biāo)準(zhǔn)件所選取的材料，也對(duì)環(huán)境十分溫和，不會(huì)出現(xiàn)對(duì)環(huán)境的重大污染破壞。制造生產(chǎn)安排在產(chǎn)品的實(shí)際加工生產(chǎn)過程中，不可避免會(huì)對(duì)環(huán)境造成一些破壞，比如工業(yè)三廢的排放，工業(yè)噪聲的傳播等。所以要求我們要對(duì)這些污染源進(jìn)行優(yōu)化處理，減少其對(duì)環(huán)境的污染。為減少三廢的污染，對(duì)于廢水，廢氣要在排放之前配置凈化裝置，將有毒有害物質(zhì)降到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)以下；對(duì)于廢渣處理更加復(fù)雜，不僅需要凈化裝置，還有配置回收裝置。將回收的廢渣，經(jīng)過遴選分類保存，經(jīng)過處理合格后方可進(jìn)行再利用。受限于技術(shù)條件不能再利用的也要進(jìn)行安全處理，合理分解，不可以直接棄之不顧，并且要求對(duì)處理設(shè)備進(jìn)行定期的設(shè)備維護(hù)。處理噪聲的