工程设计论文范例

一、石油工程设计教学现状计

目前，石油工程设计课程教学中主要包括：油藏工程设计、钻井工程设计、采油工程设计和储层改造工程设计等四个专题。石油工程设计是大学生在石油工程领域的第一次“实战”演习。其中，油藏工程设计中包括：井网布置和注采井组动态分析。钻井工程设计包括：井身结构设计、钻井液设计、钻柱设计、钻井参数设计、固井设计、井控设计和钻机选择等。采油工程包括：有杆泵采油系统工程设计、连续气举设计和电潜泵采油系统设计等。储层改造工程设计包括：水力压裂和酸化设计。根据教学计划安排，石油工程设计通常用4周～6周时间，时间比较紧凑。一般要求学生在这个时段内分别进行油藏工程设计、钻井工程设计、采油工程设计和储层改造工程设计等。这四个专题的设计内容根据不同油田的生产数据、钻井数据、地质资料等进行，也即只做以一口井或一个井组为对象的单项工程设计。四个设计之间，没有共同的设计基础数据，相互之间没有必然的联系，每个设计具有相对的独立性。

二、单项工程设计教学的优点

1.成熟的教学内容降低指导难度

在石油工程设计中，各个单项设计的内容几乎没有太多的更新。以钻井工程设计部分为例，在钻井工程设计阶段，通常选用某油田的真实《钻井设计》作为主要参考资料。由于钻井工程设计内容较多，在设计的过程中，将学生分组，每小组3人，分别进行水力参数设计、固井参数设计、钻柱及下部钻具组合设计等，再将三部分内容合在一起，构成完整的钻井工程设计。在进行各部分设计的过程中，学生根据教材或专业书籍、工具手册上给出的计算方法进行计算。这个过程就是先有结果，之后要求学生根据现有专业知识进行结果复核。一般情况下，指导教师对每口井的钻井设计计算结果出现的各种问题较为了解，教学指导过程难度较小。

2.较短学时内保证各单项设计的完整性

由于石油工程设计的内容较多，而教学学时较短，为了保证学生能够得到各个单项设计过程的训练，同时也为了保证每个单项设计的相对完整性，对每个部分的设计内容都进行了适当的简化，便于学生抓住重点，训练解决问题的能力，以利于较短时间内教学工作的顺利开展。

1暖通空调系统类型

暖通空调系统可分为三大类，分别为:全空气暖通空调系统、空气水混合暖通空调系统以及全水暖通空调系统;此外按照供暖系统类型可分为:分散式供暖暖通空调系统、分散式供冷暖通空调系统、热泵暖通空调系统、热回收暖通空调系统以及蓄冷暖通空调系统。其中全空气暖通空调系统全部依靠外界风力来进行调控，内部压缩机将外部空气进行等梯度的转化，包括空气热度、湿度以及含氧量，具体转化数据当压缩机内部压力增加至300MPa时，绝对空气湿度达到84%，空气热度达到16℃，含氧量为21%，转化因子系数为0．43，这种转化关系能够使暖通空调外界与内部空间负荷进行有效的调节。空气水混合暖通工程通常利用冷水来取代空间负荷中多余热量，此外还能利用冷水循环系统驱走空间多余湿气，在原有基础上实现了多方循环利用的功能。当空调系统中多余热空气膨胀之后，冷循环空气能够降低空间室内的温度，使空间达到适宜温度。其次便是全水暖通空调系统，这种系统能够结合风机盘管以及组合低压通风装置的系统，能够在外界不利因素下，改善原有空气质量状况。当室内重力循环系统处于中断状态时，全水暖通空调系统通过墙体通风口或者墙洞吸收外界空气，这种空调暖通系统能够适应多方空气的调节，以此减少室内末端重力循环系统的运行阻力。

2暖通工程系统设计问题

2．1循环水泵选用问题

暖通工程系统设计包括循环水泵类型的选用、暖通安装标准规范设计以及暖通空调通风设计，循环水泵类型的选用直接影响着净水压力和水利平衡。通常我国在选用循环水泵容量都比实际所需的水容量偏大，造成暖通工程投资和运行费用偏大的现象。其中主要因素有:计冷负荷偏大，选用循环水泵的容量越大，运载程序所输出的冷循环气流便越大，根据当前建筑所用的冷负荷实际效应值为200，但当选用较大容量循环水泵时，计冷负荷便会超出原有实际所需的40%以上，产出的计冷负荷值为280以上，造成多余计冷负荷的浪费;系统循环阻力计算数值偏大，主要是因为循环水泵在工作状态下，始终处于水循环系统交替状态，若不能选用正确功率的循环水泵，便会使循环系统阻力运行负荷加大。例如:若暖通工程中采用500W适宜功率的循环水泵时，系统阻力系数便会停留在0．3－0．45之间。若采用较小或较大功率的水循环泵时，水循环系统阻力系数便会增加到0．7－0．8之间。

2．2暖通安装标准规范问题

暖通安装标准规范也是暖通工程系统设计的主要因素之一，包括:采暖通风设计和空气调节设计。采暖通风设计主要根据楼宇的建筑面积和布局规划进行合理性的设计，若建筑群体面积较大，不适应采用打墙洞的方式来进行室内空气的交换，而是采用安装大额定功率的暖通 空调，压缩机内的空气转化装置便会在有效的时间内进行室内外空气的转化，以此达到实际需求。暖通安装标准规范中明确指出要在热力入口中的总管上设置温度计以及气压表，以便于在出现故障时采取及时措施。在原有暖通安装工程中并没有装设气压表和温度计，造成暖通空调运行系统不稳定，产生的热量较高，以此带动气压值的升高。

1工程概况

山东蒙山天池堆石混凝土拱坝位于淮河流域沂河水系东汶河支流上游，坝址位于蒙阴县城南国家5A级蒙山景区雨王庙处。正常蓄水位814.00m，总库容10.8万m3，工程规模为小（2）型，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为5级。蒙山天池水库是堆石混凝土技术在山东省的首次应用，其大坝也是世界上第一座堆石混凝土拱坝。工程主要由拱坝、重力墩及放水洞等组成。坝顶高程815.00m，坝长130m，最大坝高24.0m。坝顶溢流堰总净宽20m，堰顶高程814.00m，放水洞进口底高程798.50m，洞径准1.0m。工程于2012年3月20日开工，先后完成库底清理、坝基处理，上游防护工程，新建拱坝（含重力墩）及溢流堰、支墩、消力池等，新建放水洞（含闸阀室）及其他建设工程。2013年4月主体工程通过蓄水前技术鉴定专家委员会组织的蓄水安全鉴定。2013年5月蒙山天池堆石混凝土拱坝工程通过临沂市水利局主持的蓄水前验收。

2工程特点及技术难点

（1）将坝体设计为单曲拱坝结合两侧重力墩（兼做拱座）的复合坝型，适应当地地形地质条件。通过对大坝进行结构性态的有限元计算和分析，论证了坝体结构布置的合理性。（2）拱坝主体工程全部采用C25堆石混凝土，上游面设有30cm厚的防渗面板，采用高自密实性能混凝土一体浇筑成型方案，在保证工程质量的前提下，极大地简化了施工工序。（3）实现了生态、景观、旅游等项目的紧密结合。单曲拱坝、库区生态护岸与湿地水景相互协调，较好地处理了亲水建筑物与护岸防洪的关系，改善了生态和投资环境。

3拱坝设计主要分析研究的问题

3.1在新建蒙山天池水库工程中，将坝体设计为单曲拱坝为适应地形地质要求坝体两侧设有兼做拱座作用的重力墩，分别与两岸连接，使堆石混凝土拱坝工程与周边景观融为一体。

3.2采用新材料、新技术堆石混凝土技术首次应用于拱坝上，通过大量块石的使用，堆石含量可达到55%以上，水泥用量少，水化热温升较少，简化温控措施，形成的大体积混凝土结构收缩小，具有较强的抗裂能力。堆石混凝土施工层面有大量的块石棱角裸露，可提高层间抗剪能力。

1．双工器的结构

本文设计的双工器如图1所示，双工器主要由同轴波导变换、T形头、滤波器I、滤波器II、同轴波导变换I和同轴波导变换II组成。其中滤波器I和滤波器II通过频率选择两个不同的通带的频率信号。滤波器I中心频率29.5GHz，带宽300MHz；滤波器II中心频率21GHz，带宽300MHz，两滤波器通过T形头连接起来。同轴波导变换实现信号传输形式的转换。

2．滤波器的设计

关于波导滤波器的设计，在此介绍一种简单实用的设计方法，运用这种方法设计波导滤波器可分为两步。 

2.1膜片宽度的确定

波导滤波器的电结构拓扑图，波导滤波器是由波导段和K变换器组成的。在确定滤波器的级数和逼近函数之后，就可以通过式子(1)-(3)计算出K变换器的耦合系数K’，再通过式子(4)可以得出K变换器的S21参数值，这样就可以通过软件仿真的方法得出波导滤波器中耦合膜片的宽度。

2.2谐振腔长度的确定

1化工工程设计内涵以及潜在安全问题

1)化工工程的设计总体分为三个阶段进行

即计划、设计和实施三个阶段，先从相关的学科理论上分析设计是否可行，再经过逐步的工程试验，最后把设计落实到工程中去，应用于实际的生产，化工工程设计与其他的工程有着不同的特点，化工工程的技术含量在工程行业位居前列，且工艺流程与其他工程大不相同。化工工程的内容包含了设备的遴选、设计工艺线路、绘制成图以及对周围环境进行可行性评估，这些设计最重要的是落实到图纸上形成规范性的图件，即化学工程工艺流程图、化工预算、化工工程设备布局图等。化工工程设计是化工工程进行的首要也是重要的环节，要考虑到诸多方面的因素，解决安全问题也要由此开始，在设计时，设计人员要考虑到化学工程的安全性，诸如化学设备的选用，设备如何布局才能避免安全事故发生等等。

2)化工工程设计中的安全问题。

化工工程的设计也比传统的工程设计复杂许多，其中需要进行大量的运算，包括数学、力学、化学反应方程式等等，需要多学科综合。化工设计中需要用到很多参数，参数的难把握性和可靠性又是设计人员面临的又一大挑战。在工程的设计完成阶段，设计人员必须对完成的设计图纸进行反复的实验并进行修改优化，以防止安全事故的发生，其中需要耗费工作人员大量的精力。在化工工程设计阶段，安全问题是设计的重点，应该把化工安全设计摆在一个十分重要的位置，我国化工行业主要存在以下几点问题:

a．设备的安全隐患。

前文提到，化工工程需要的设备往往是与众不同的，有的设备甚至需要定做才能满足需求，一个工艺流程中需要数个，甚至数十个设备彼此连接，所需要的设备型号也是各不相同，由此带来的型号不相互匹配，造成化工工程安全隐患。

1公路超高设计分析

公路超高设计是一种线形设计，注重的是车辆的行驶安全，从舒适度和经济度角度出发，并按照规范进行。实际建设中地形、路线、气候、湿度等都会对超高设计产生影响，因此应综合考虑公路工程中的超高设计。

1．1最大超高的控制

公路超高设计通常需要按照前文公式进行计算，而最大的超高值则控制为8%以下。我国现有的状况是公路货车数量较多，而公路货运中超载的情况普遍，这样公路上行驶速度相对低。所以按照实际情况，货车在曲线路段行驶其速度较低，因为向心力作用，超高坡度大于6%即容易出现侧翻的危险。而在气候影响喜爱，如雨雪天气等，大中型货车通行率较高的路段就容易出现侧翻等情况，所以超高值应控制在6%以下。同时设计速度高且运行速度较高的路段最大的限制应为10%，而常年积雪冰冻的地区只能选择6%作为限值。下面就针对平原和山区进行限制分析。首先，平原地区的交通网络密集，且地势相对平坦，近郊的道路与城市道路交接。超高设计主要是考虑纵面平缓、交口多等特征，除了考虑前面公式中的因素外，还应考虑超高路段与正常路段的衔接问题。平原公路的超高值如果按照规范进行计算则会影响路面的美观，同时造成路段衔接的困难。因此在设计时应考虑综合性因素，通常选择的限值为1%，并对超高路段进行安全性的测定。实践证明，平原地区经济发达且地势平坦，路网密集，适当的减小超高限值可以增加交通的顺畅和行驶稳定。其次，在山区超高设计中，其地形因素影响较大，通常曲线半径很小，纵面起伏较大，车辆行驶的速度也随时改变，如果单纯的考虑速度计算超高值则不能，按照舒适性要求。车辆的安全也会受到影响。山路复杂性形成了路段不同，设计不同的情况，对连续低指标的山路，货车数量较多，则应减小超高值来获得安全性。对纵向坡大于3%的下坡如果出现曲线环绕的情况，则应结合纵坡的情况进行设计。此类情况计算超高值，需要考虑同样条件下平稳路段的超高设计作为参考。同时应注意的是无论何种设计，都应按照线形设计的规范进行。

1．2公路超高过渡设计

超高路段往往是从直线路段过渡而来，即路基断面从双向横坡变为单向横坡，这个路段即为超高过渡路段。这个过渡在设计中除了考虑离心力的作用以外还应考虑路面结构设计的问题，方便排水、施工等因素都应在设计中进行考量。通常这个路段分为两个阶段:一个是双坡阶段，路肩和形成横坡不能保持一致时，通常先抬高外侧路肩与外侧行车道一致，然后将弯道外侧的车道与路肩升高，直至与弯道内侧行车道持平。如果是长回旋线，则不能满足道路的排水的坡率，此时容易造成外侧车道不能正常排水，所以这个阶段超高设计应控制渐变率不大于1/330。弯道外侧土路肩应保持正常横坡，不参与超高。另一个是旋转阶段。外侧车道和硬路肩、内侧车道进行同时旋转，并与内侧硬路肩坡度一致。然后将两侧车道、硬路肩一起旋转到与内侧土路肩一致，最后两侧车道、硬路肩、内侧土路肩一起转转到超高路面。如果是长回旋，超高的起点应设置在曲率与不超高最小半径一致，双坡阶段也应控制渐变率小于1/330，全超高路段应出现在缓圆节点处。

1．3缓和曲线的长度控制

1设计变更的类型

1.1设计更改

设计更改是指由于设计本身存在问题，需要设计单位承担成本的设计变更。此类变更产生原因主要包括：设计错误、设计漏项、设计不合理、设计深度不够或设计输入资料错误等。设计更改在设计变更总量中所占比例较小，引起的工程量变动通常很少，在设计阶段可控性相对较强。对于设计单位而言，此类变更是工程设计质量的最直接体现，是工程造价的直接影响因素，因此通常作为设计单位内部变更分析的重点。

1.2设计洽商

设计洽商是指由于非单纯的设计错误引起的，并由提出变更的单位或部门承担变更投资费用的设计变更。此类变更通常是为了增加合同约定外的附属功能，产生原因主要包括：用户要求发生变化、建设单位的会议决定、施工单位的特殊要求、设备或材料代用、监理单位的合理化建议、测绘资料等外来设计资料错误等。设计洽商虽然在设计变更总量中所占比例较大，但受客观因素影响明显，在设计阶段可控性仍然不强，因此通常不作为变更分析的重点。事实上，在设计产品质量控制过程中，只要把握住导致设计变更的深层次原因，无论是设计更改还是设计洽商，都能在一定程度上得到控制。

2设计变更产生原因及分析

以下从外部因素和内部因素两个方面进行分析，旨在揭示设计变更的本质原因，为设计单位提高设计质量提供思路。

1现阶段公路工程设计中存在的主要问题

公路设计是公路施工建设的蓝图，是确定公路各项性能指标的基础要素。由于道路建设是门复杂的系统性工程，施工条件复杂多变，施工工期较长，涉及因素众多，如果在工程设计阶段没有充分考虑和准确计算并制定切实可行的施工措施，就很可能在后续施工和使用过程中产生问题，导致质量事故，造成不必要的经济和人员损失。在公路设计工作中常见的问题有以下几种。

1.1公路实际使用寿命不能满足规定要求，在使用年限之前很早就发生各类损坏现象，影响使用。

根据我国现行公路标准，公路使用年限要在15年以上，而实际大多数的公路的使用寿命仅有10年。之所以发生这种情况，离不开公路设计时按照较低标准选取技术参数的原因。这样虽然能够在一定程度上降低施工成本，增加经济效益，但也使公路的性能极限大幅下降。公路投入使用后，一旦遭遇较大强度的负荷就容易发生质量问题，导致公路的提前报废，从长远角度看，反而增加了经济成本。

1.2坡长设计不当

我国国土面积广大，地形种类复杂，很多公路路段要在陡坡上修建。坡长设计不仅影响汽车的通行能力，还容易引发安全事故。

1.3平、纵坡的控制指标设置不当