工程設計論文范例

一、石油工程設計教學現狀計

目前，石油工程設計課程教學中主要包括：油藏工程設計、鉆井工程設計、采油工程設計和儲層改造工程設計等四個專題。石油工程設計是大學生在石油工程領域的第一次“實戰”演習。其中，油藏工程設計中包括：井網布置和注采井組動態分析。鉆井工程設計包括：井身結構設計、鉆井液設計、鉆柱設計、鉆井參數設計、固井設計、井控設計和鉆機選擇等。采油工程包括：有桿泵采油系統工程設計、連續氣舉設計和電潛泵采油系統設計等。儲層改造工程設計包括：水力壓裂和酸化設計。根據教學計劃安排，石油工程設計通常用4周～6周時間，時間比較緊湊。一般要求學生在這個時段內分別進行油藏工程設計、鉆井工程設計、采油工程設計和儲層改造工程設計等。這四個專題的設計內容根據不同油田的生產數據、鉆井數據、地質資料等進行，也即只做以一口井或一個井組為對象的單項工程設計。四個設計之間，沒有共同的設計基礎數據，相互之間沒有必然的聯系，每個設計具有相對的獨立性。

二、單項工程設計教學的優點

1.成熟的教學內容降低指導難度

在石油工程設計中，各個單項設計的內容幾乎沒有太多的更新。以鉆井工程設計部分為例，在鉆井工程設計階段，通常選用某油田的真實《鉆井設計》作為主要參考資料。由于鉆井工程設計內容較多，在設計的過程中，將學生分組，每小組3人，分別進行水力參數設計、固井參數設計、鉆柱及下部鉆具組合設計等，再將三部分內容合在一起，構成完整的鉆井工程設計。在進行各部分設計的過程中，學生根據教材或專業書籍、工具手冊上給出的計算方法進行計算。這個過程就是先有結果，之后要求學生根據現有專業知識進行結果復核。一般情況下，指導教師對每口井的鉆井設計計算結果出現的各種問題較為了解，教學指導過程難度較小。

2.較短學時內保證各單項設計的完整性

由于石油工程設計的內容較多，而教學學時較短，為了保證學生能夠得到各個單項設計過程的訓練，同時也為了保證每個單項設計的相對完整性，對每個部分的設計內容都進行了適當的簡化，便于學生抓住重點，訓練解決問題的能力，以利于較短時間內教學工作的順利開展。

1暖通空調系統類型

暖通空調系統可分為三大類，分別為:全空氣暖通空調系統、空氣水混合暖通空調系統以及全水暖通空調系統;此外按照供暖系統類型可分為:分散式供暖暖通空調系統、分散式供冷暖通空調系統、熱泵暖通空調系統、熱回收暖通空調系統以及蓄冷暖通空調系統。其中全空氣暖通空調系統全部依靠外界風力來進行調控，內部壓縮機將外部空氣進行等梯度的轉化，包括空氣熱度、濕度以及含氧量，具體轉化數據當壓縮機內部壓力增加至300MPa時，絕對空氣濕度達到84%，空氣熱度達到16℃，含氧量為21%，轉化因子系數為0．43，這種轉化關系能夠使暖通空調外界與內部空間負荷進行有效的調節。空氣水混合暖通工程通常利用冷水來取代空間負荷中多余熱量，此外還能利用冷水循環系統驅走空間多余濕氣，在原有基礎上實現了多方循環利用的功能。當空調系統中多余熱空氣膨脹之后，冷循環空氣能夠降低空間室內的溫度，使空間達到適宜溫度。其次便是全水暖通空調系統，這種系統能夠結合風機盤管以及組合低壓通風裝置的系統，能夠在外界不利因素下，改善原有空氣質量狀況。當室內重力循環系統處于中斷狀態時，全水暖通空調系統通過墻體通風口或者墻洞吸收外界空氣，這種空調暖通系統能夠適應多方空氣的調節，以此減少室內末端重力循環系統的運行阻力。

2暖通工程系統設計問題

2．1循環水泵選用問題

暖通工程系統設計包括循環水泵類型的選用、暖通安裝標準規范設計以及暖通空調通風設計，循環水泵類型的選用直接影響著凈水壓力和水利平衡。通常我國在選用循環水泵容量都比實際所需的水容量偏大，造成暖通工程投資和運行費用偏大的現象。其中主要因素有:計冷負荷偏大，選用循環水泵的容量越大，運載程序所輸出的冷循環氣流便越大，根據當前建筑所用的冷負荷實際效應值為200，但當選用較大容量循環水泵時，計冷負荷便會超出原有實際所需的40%以上，產出的計冷負荷值為280以上，造成多余計冷負荷的浪費;系統循環阻力計算數值偏大，主要是因為循環水泵在工作狀態下，始終處于水循環系統交替狀態，若不能選用正確功率的循環水泵，便會使循環系統阻力運行負荷加大。例如:若暖通工程中采用500W適宜功率的循環水泵時，系統阻力系數便會停留在0．3－0．45之間。若采用較小或較大功率的水循環泵時，水循環系統阻力系數便會增加到0．7－0．8之間。

2．2暖通安裝標準規范問題

暖通安裝標準規范也是暖通工程系統設計的主要因素之一，包括:采暖通風設計和空氣調節設計。采暖通風設計主要根據樓宇的建筑面積和布局規劃進行合理性的設計，若建筑群體面積較大，不適應采用打墻洞的方式來進行室內空氣的交換，而是采用安裝大額定功率的暖通 空調，壓縮機內的空氣轉化裝置便會在有效的時間內進行室內外空氣的轉化，以此達到實際需求。暖通安裝標準規范中明確指出要在熱力入口中的總管上設置溫度計以及氣壓表，以便于在出現故障時采取及時措施。在原有暖通安裝工程中并沒有裝設氣壓表和溫度計，造成暖通空調運行系統不穩定，產生的熱量較高，以此帶動氣壓值的升高。

1工程概況

山東蒙山天池堆石混凝土拱壩位于淮河流域沂河水系東汶河支流上游，壩址位于蒙陰縣城南國家5A級蒙山景區雨王廟處。正常蓄水位814.00m，總庫容10.8萬m3，工程規模為?。?）型，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5級。蒙山天池水庫是堆石混凝土技術在山東省的首次應用，其大壩也是世界上第一座堆石混凝土拱壩。工程主要由拱壩、重力墩及放水洞等組成。壩頂高程815.00m，壩長130m，最大壩高24.0m。壩頂溢流堰總凈寬20m，堰頂高程814.00m，放水洞進口底高程798.50m，洞徑準1.0m。工程于2012年3月20日開工，先后完成庫底清理、壩基處理，上游防護工程，新建拱壩（含重力墩）及溢流堰、支墩、消力池等，新建放水洞（含閘閥室）及其他建設工程。2013年4月主體工程通過蓄水前技術鑒定專家委員會組織的蓄水安全鑒定。2013年5月蒙山天池堆石混凝土拱壩工程通過臨沂市水利局主持的蓄水前驗收。

2工程特點及技術難點

（1）將壩體設計為單曲拱壩結合兩側重力墩（兼做拱座）的復合壩型，適應當地地形地質條件。通過對大壩進行結構性態的有限元計算和分析，論證了壩體結構布置的合理性。（2）拱壩主體工程全部采用C25堆石混凝土，上游面設有30cm厚的防滲面板，采用高自密實性能混凝土一體澆筑成型方案，在保證工程質量的前提下，極大地簡化了施工工序。（3）實現了生態、景觀、旅游等項目的緊密結合。單曲拱壩、庫區生態護岸與濕地水景相互協調，較好地處理了親水建筑物與護岸防洪的關系，改善了生態和投資環境。

3拱壩設計主要分析研究的問題

3.1在新建蒙山天池水庫工程中，將壩體設計為單曲拱壩為適應地形地質要求壩體兩側設有兼做拱座作用的重力墩，分別與兩岸連接，使堆石混凝土拱壩工程與周邊景觀融為一體。

3.2采用新材料、新技術堆石混凝土技術首次應用于拱壩上，通過大量塊石的使用，堆石含量可達到55%以上，水泥用量少，水化熱溫升較少，簡化溫控措施，形成的大體積混凝土結構收縮小，具有較強的抗裂能力。堆石混凝土施工層面有大量的塊石棱角裸露，可提高層間抗剪能力。

1．雙工器的結構

本文設計的雙工器如圖1所示，雙工器主要由同軸波導變換、T形頭、濾波器I、濾波器II、同軸波導變換I和同軸波導變換II組成。其中濾波器I和濾波器II通過頻率選擇兩個不同的通帶的頻率信號。濾波器I中心頻率29.5GHz，帶寬300MHz；濾波器II中心頻率21GHz，帶寬300MHz，兩濾波器通過T形頭連接起來。同軸波導變換實現信號傳輸形式的轉換。

2．濾波器的設計

關于波導濾波器的設計，在此介紹一種簡單實用的設計方法，運用這種方法設計波導濾波器可分為兩步。 

2.1膜片寬度的確定

波導濾波器的電結構拓撲圖，波導濾波器是由波導段和K變換器組成的。在確定濾波器的級數和逼近函數之后，就可以通過式子(1)-(3)計算出K變換器的耦合系數K’，再通過式子(4)可以得出K變換器的S21參數值，這樣就可以通過軟件仿真的方法得出波導濾波器中耦合膜片的寬度。

2.2諧振腔長度的確定

1化工工程設計內涵以及潛在安全問題

1)化工工程的設計總體分為三個階段進行

即計劃、設計和實施三個階段，先從相關的學科理論上分析設計是否可行，再經過逐步的工程試驗，最后把設計落實到工程中去，應用于實際的生產，化工工程設計與其他的工程有著不同的特點，化工工程的技術含量在工程行業位居前列，且工藝流程與其他工程大不相同?；すこ痰膬热莅嗽O備的遴選、設計工藝線路、繪制成圖以及對周圍環境進行可行性評估，這些設計最重要的是落實到圖紙上形成規范性的圖件，即化學工程工藝流程圖、化工預算、化工工程設備布局圖等。化工工程設計是化工工程進行的首要也是重要的環節，要考慮到諸多方面的因素，解決安全問題也要由此開始，在設計時，設計人員要考慮到化學工程的安全性，諸如化學設備的選用，設備如何布局才能避免安全事故發生等等。

2)化工工程設計中的安全問題。

化工工程的設計也比傳統的工程設計復雜許多，其中需要進行大量的運算，包括數學、力學、化學反應方程式等等，需要多學科綜合?；ぴO計中需要用到很多參數，參數的難把握性和可靠性又是設計人員面臨的又一大挑戰。在工程的設計完成階段，設計人員必須對完成的設計圖紙進行反復的實驗并進行修改優化，以防止安全事故的發生，其中需要耗費工作人員大量的精力。在化工工程設計階段，安全問題是設計的重點，應該把化工安全設計擺在一個十分重要的位置，我國化工行業主要存在以下幾點問題:

a．設備的安全隱患。

前文提到，化工工程需要的設備往往是與眾不同的，有的設備甚至需要定做才能滿足需求，一個工藝流程中需要數個，甚至數十個設備彼此連接，所需要的設備型號也是各不相同，由此帶來的型號不相互匹配，造成化工工程安全隱患。

1公路超高設計分析

公路超高設計是一種線形設計，注重的是車輛的行駛安全，從舒適度和經濟度角度出發，并按照規范進行。實際建設中地形、路線、氣候、濕度等都會對超高設計產生影響，因此應綜合考慮公路工程中的超高設計。

1．1最大超高的控制

公路超高設計通常需要按照前文公式進行計算，而最大的超高值則控制為8%以下。我國現有的狀況是公路貨車數量較多，而公路貨運中超載的情況普遍，這樣公路上行駛速度相對低。所以按照實際情況，貨車在曲線路段行駛其速度較低，因為向心力作用，超高坡度大于6%即容易出現側翻的危險。而在氣候影響喜愛，如雨雪天氣等，大中型貨車通行率較高的路段就容易出現側翻等情況，所以超高值應控制在6%以下。同時設計速度高且運行速度較高的路段最大的限制應為10%，而常年積雪冰凍的地區只能選擇6%作為限值。下面就針對平原和山區進行限制分析。首先，平原地區的交通網絡密集，且地勢相對平坦，近郊的道路與城市道路交接。超高設計主要是考慮縱面平緩、交口多等特征，除了考慮前面公式中的因素外，還應考慮超高路段與正常路段的銜接問題。平原公路的超高值如果按照規范進行計算則會影響路面的美觀，同時造成路段銜接的困難。因此在設計時應考慮綜合性因素，通常選擇的限值為1%，并對超高路段進行安全性的測定。實踐證明，平原地區經濟發達且地勢平坦，路網密集，適當的減小超高限值可以增加交通的順暢和行駛穩定。其次，在山區超高設計中，其地形因素影響較大，通常曲線半徑很小，縱面起伏較大，車輛行駛的速度也隨時改變，如果單純的考慮速度計算超高值則不能，按照舒適性要求。車輛的安全也會受到影響。山路復雜性形成了路段不同，設計不同的情況，對連續低指標的山路，貨車數量較多，則應減小超高值來獲得安全性。對縱向坡大于3%的下坡如果出現曲線環繞的情況，則應結合縱坡的情況進行設計。此類情況計算超高值，需要考慮同樣條件下平穩路段的超高設計作為參考。同時應注意的是無論何種設計，都應按照線形設計的規范進行。

1．2公路超高過渡設計

超高路段往往是從直線路段過渡而來，即路基斷面從雙向橫坡變為單向橫坡，這個路段即為超高過渡路段。這個過渡在設計中除了考慮離心力的作用以外還應考慮路面結構設計的問題，方便排水、施工等因素都應在設計中進行考量。通常這個路段分為兩個階段:一個是雙坡階段，路肩和形成橫坡不能保持一致時，通常先抬高外側路肩與外側行車道一致，然后將彎道外側的車道與路肩升高，直至與彎道內側行車道持平。如果是長回旋線，則不能滿足道路的排水的坡率，此時容易造成外側車道不能正常排水，所以這個階段超高設計應控制漸變率不大于1/330。彎道外側土路肩應保持正常橫坡，不參與超高。另一個是旋轉階段。外側車道和硬路肩、內側車道進行同時旋轉，并與內側硬路肩坡度一致。然后將兩側車道、硬路肩一起旋轉到與內側土路肩一致，最后兩側車道、硬路肩、內側土路肩一起轉轉到超高路面。如果是長回旋，超高的起點應設置在曲率與不超高最小半徑一致，雙坡階段也應控制漸變率小于1/330，全超高路段應出現在緩圓節點處。

1．3緩和曲線的長度控制

1設計變更的類型

1.1設計更改

設計更改是指由于設計本身存在問題，需要設計單位承擔成本的設計變更。此類變更產生原因主要包括：設計錯誤、設計漏項、設計不合理、設計深度不夠或設計輸入資料錯誤等。設計更改在設計變更總量中所占比例較小，引起的工程量變動通常很少，在設計階段可控性相對較強。對于設計單位而言，此類變更是工程設計質量的最直接體現，是工程造價的直接影響因素，因此通常作為設計單位內部變更分析的重點。

1.2設計洽商

設計洽商是指由于非單純的設計錯誤引起的，并由提出變更的單位或部門承擔變更投資費用的設計變更。此類變更通常是為了增加合同約定外的附屬功能，產生原因主要包括：用戶要求發生變化、建設單位的會議決定、施工單位的特殊要求、設備或材料代用、監理單位的合理化建議、測繪資料等外來設計資料錯誤等。設計洽商雖然在設計變更總量中所占比例較大，但受客觀因素影響明顯，在設計階段可控性仍然不強，因此通常不作為變更分析的重點。事實上，在設計產品質量控制過程中，只要把握住導致設計變更的深層次原因，無論是設計更改還是設計洽商，都能在一定程度上得到控制。

2設計變更產生原因及分析

以下從外部因素和內部因素兩個方面進行分析，旨在揭示設計變更的本質原因，為設計單位提高設計質量提供思路。

1現階段公路工程設計中存在的主要問題

公路設計是公路施工建設的藍圖，是確定公路各項性能指標的基礎要素。由于道路建設是門復雜的系統性工程，施工條件復雜多變，施工工期較長，涉及因素眾多，如果在工程設計階段沒有充分考慮和準確計算并制定切實可行的施工措施，就很可能在后續施工和使用過程中產生問題，導致質量事故，造成不必要的經濟和人員損失。在公路設計工作中常見的問題有以下幾種。

1.1公路實際使用壽命不能滿足規定要求，在使用年限之前很早就發生各類損壞現象，影響使用。

根據我國現行公路標準，公路使用年限要在15年以上，而實際大多數的公路的使用壽命僅有10年。之所以發生這種情況，離不開公路設計時按照較低標準選取技術參數的原因。這樣雖然能夠在一定程度上降低施工成本，增加經濟效益，但也使公路的性能極限大幅下降。公路投入使用后，一旦遭遇較大強度的負荷就容易發生質量問題，導致公路的提前報廢，從長遠角度看，反而增加了經濟成本。

1.2坡長設計不當

我國國土面積廣大，地形種類復雜，很多公路路段要在陡坡上修建。坡長設計不僅影響汽車的通行能力，還容易引發安全事故。

1.3平、縱坡的控制指標設置不當