隨著鉆采技術(shù)的不斷革新和鉆井要求的日益提高,大功率、大排量的高壓泵成為今后鉆井設(shè)備的發(fā)展需求。因此,對于高壓鉆井泵的研究不僅具有科學研究價值,同時還能夠滿足工程實踐的需要。近年來逐步興起的虛擬仿真技術(shù)成為了鉆井泵新產(chǎn)品研發(fā)的重要技術(shù)手段之一。本文以新型3500HP型鉆井泵作為主要的研究對象,通過理論分析與數(shù)值模擬的方法,對鉆井泵主要零部件進行創(chuàng)新模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計、虛擬仿真與結(jié)構(gòu)有限元的分析研究,結(jié)合響應面法與中心節(jié)點組合取樣方法進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,得到相應結(jié)論,為研發(fā)出滿足現(xiàn)代鉆井工藝的新型大功率鉆井泵,提供理論研究參考。主要研究內(nèi)容如下:(1)為規(guī)避傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的設(shè)計與工藝缺陷,創(chuàng)新設(shè)計動力端零部件結(jié)構(gòu),利用Solidworks軟件進行創(chuàng)新結(jié)構(gòu)建模。并根據(jù)計算理論進行動力端運動特性分析及載荷分析,驗證各結(jié)構(gòu)作用力的理論峰值與各作用力曲線產(chǎn)生周期性變化的原因,為后續(xù)數(shù)值模擬提供參考對比依據(jù)。(2)采用虛擬仿真技術(shù),運用ADAMS軟件建立3500HP型鉆井泵動力端系統(tǒng)動力學模型,從液體壓力、輸入轉(zhuǎn)矩、受力特性以及轉(zhuǎn)速影響等方面研究鉆井泵動力端動力響應的問題。得出與理論分析相似的結(jié)論,驗證了仿真結(jié)果...

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景和意義
        1.1.1 油氣資源及勘探技術(shù)背景
        1.1.2 鉆井泵與勘探技術(shù)發(fā)展的聯(lián)系
        1.1.3 大功率、高泵壓鉆井泵的研究意義
    1.2 鉆井泵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.2.1 國內(nèi)鉆井泵研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國外鉆井泵研究現(xiàn)狀
        1.2.3 鉆井泵發(fā)展趨勢
    1.3 鉆井泵動力端曲軸結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀
    1.4 論文主要研究內(nèi)容
第2章 鉆井泵參數(shù)與動力端結(jié)構(gòu)設(shè)計
    2.1 鉆井泵的工作原理
    2.2 3500HP型鉆井泵主要技術(shù)參數(shù)的設(shè)計計算
        2.2.1 流量的確定
        2.2.2 容積效率的確定
        2.2.3 活塞平均速度的選擇
        2.2.4 沖次和沖程的合理分配
        2.2.5 活塞直徑的計算
    2.3 機構(gòu)的基本設(shè)計與分析
        2.3.1 曲軸的參數(shù)設(shè)計
        2.3.2 連桿的參數(shù)設(shè)計
        2.3.3 十字頭的參數(shù)設(shè)計
        2.3.4 齒輪的參數(shù)設(shè)計
    2.4 本章小結(jié)
第3章 鉆井泵動力端運動學與靜力學理論分析
    3.1 鉆井泵動力端運動特性分析
        3.1.1 活塞-十字頭的運動特性分析
        3.1.2 連桿的運動特性分析
    3.2 鉆井泵動力端載荷分析
        3.2.1 液體壓力
        3.2.2 構(gòu)件質(zhì)量力
        3.2.3 摩擦力
    3.3 曲柄滑塊機構(gòu)受力分析
        3.3.1 活塞-十字頭受力分析
        3.3.2 連桿受力分析
        3.3.3 曲軸受力分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 鉆井泵動力學仿真與研究
    4.1 ADAMS軟件簡介
    4.2 ADAMS軟件設(shè)計分析流程
    4.3 多剛體系統(tǒng)動力學基礎(chǔ)理論
        4.3.1 ADAMS運動學分析理論
        4.3.2 ADAMS動力學分析理論
    4.4 系統(tǒng)動力學模型的建立
        4.4.1 幾何模型的建立
        4.4.2 物理模型的建立
    4.5 仿真結(jié)果與分析
        4.5.1 液體壓力的時變特性
        4.5.2 曲軸輸入扭矩時變特性
        4.5.3 十字頭銷與曲拐受力的時變特性
        4.5.4 轉(zhuǎn)速對鉆井泵影響的時變特性
    4.6 AMESim軟件簡介
    4.7 AMESim軟件建模與模擬的分析流程
    4.8 鉆井泵液壓系統(tǒng)模型的建立
        4.8.1 應用庫及其元件選取
        4.8.2 草圖模型的建立
        4.8.3 選擇子模型
        4.8.4 參數(shù)分配
    4.9 仿真結(jié)果與分析
        4.9.1 活塞液體壓力及位移的時變特性
        4.9.2 吸、排液泵閥時變動態(tài)特性
        4.9.3 吸、排液泵閥流量的時變特性
        4.9.4 鉆井泵瞬時流量與泵壓的時變特性
    4.10 本章小結(jié)
第5章 鉆井泵動力端主要零部件的有限元分析
    5.1 曲軸的有限元分析
        5.1.1 曲軸有限元模型的建立
        5.1.2 曲軸危險工況分析
        5.1.3 曲軸有限元分析結(jié)果
    5.2 連桿的有限元分析
        5.2.1 連桿有限元模型的建立
        5.2.2 連桿危險工況分析
        5.2.3 連桿有限元分析結(jié)果
    5.3 十字頭的有限元分析
        5.3.1 十字頭有限元模型的建立
        5.3.2 十字頭危險工況分析
        5.3.3 十字頭有限元分析結(jié)果
    5.4 介桿的有限元分析
        5.4.1 介桿有限元模型的建立
        5.4.2 介桿危險工況分析
        5.4.3 介桿有限元分析結(jié)果
    5.5 本章小結(jié)
第6章 基于響應面法的曲軸多目標參數(shù)優(yōu)化設(shè)計
    6.1 曲軸結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析
        6.1.1 有限元模態(tài)分析理論
        6.1.2 曲軸模態(tài)與振型
        6.1.3 鉆井泵振動頻率計算
    6.2 曲軸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計
        6.2.1 響應面擬合理論
        6.2.2 曲軸敏感性分析
        6.2.3 曲軸結(jié)構(gòu)響應面設(shè)置及多目標驅(qū)動優(yōu)化設(shè)計
    6.3 優(yōu)化前后曲軸結(jié)構(gòu)性能對比
        6.3.1 曲軸有限元分析結(jié)果對比
        6.3.2 曲軸結(jié)構(gòu)模態(tài)分析結(jié)果對比
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻
致謝
附錄A 攻讀碩士期間所發(fā)表的學術(shù)論文目錄
附錄B 參加科研項目情況



本文編號：3830278