我國有18000公里之巨的海岸線,蘊藏著豐富的油氣資源。隨著經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展鉆井開采的工作重點逐漸向海洋和地表深層、超深層勘探開發(fā),對鉆井泵的要求也是越來越高。因此新型大功率、大排量、高泵壓、性能穩(wěn)定可靠的鉆井泵的研發(fā)至關(guān)重要。鉆井泵被譽為鉆機的“心臟”,是鉆機的重要組成部分,它為泥漿的循環(huán)提供動力保障。想要提高大功率高泵壓鉆井泵的使用可靠性和工作效率就必須提高鉆井泵液力端易損件的使用壽命。本文研究對象為目前國內(nèi)外最大功率的3500HP型大功率高泵壓鉆井泵,主要對3500HP型鉆井泵液力端的活塞缸套結(jié)構(gòu)進行了創(chuàng)新設計;并對液力端的主要參數(shù)、耐高壓泵閥總成、液缸的結(jié)構(gòu)進行了研究與優(yōu)化設計。主要研究內(nèi)容如下:（1）缸套是液力端的易損件,它的使用壽命直接影響著鉆井成本。缸套受到工作環(huán)境和工作方式的限制,其磨損失效是必然的。本文對缸套結(jié)構(gòu)做了創(chuàng)新設計,組裝式陶瓷缸套有效的提高了材料的利用率和缸套的使用壽命,并節(jié)省了鉆井成本。通過分析軟件ANSYS Workbench對組裝式陶瓷缸套做了結(jié)構(gòu)靜力分析,得出了缸套的總位移應變、等效應力和主應力分布圖并與雙金屬缸套進行了對比,論證了組裝式陶瓷缸套的合理...

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 國外鉆井泵的研發(fā)現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)鉆井泵的研發(fā)現(xiàn)狀
        1.2.3 國內(nèi)外發(fā)展趨勢
    1.3 鉆井泵液力端的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 鉆井泵液力端活塞的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.3.2 鉆井泵液力端缸套的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.3.3 鉆井泵液力端泵閥的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.3.4 鉆井泵液力端液缸的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容與安排
第二章 3500HP鉆井泵液力端失效分析及其主要設計參數(shù)研究
    2.1 鉆井泵重要組成
    2.2 鉆井泵工作原理
    2.3 鉆井泵液力端的主要失效形式和原因分析
        2.3.1 鉆井泵活塞的失效形式和原因分析
        2.3.2 鉆井泵缸套的失效形式和原因分析
        2.3.3 鉆井泵泵閥的失效形式和原因分析
        2.3.4 鉆井泵液缸的失效形式和原因分析
    2.4 3500HP鉆井泵主要參數(shù)的研發(fā)與設計
        2.4.1 鉆井泵活塞平均速度μ_m的選取
        2.4.2 鉆井泵活塞直徑的選取
    2.5 本章小結(jié)
第三章 基于ANSYS Workbench的有限元分析對組裝式陶瓷缸套的設計研究
    3.1 鉆井泵缸套的發(fā)展歷史及趨勢
    3.2 缸套壽命的提高
        3.2.1 陶瓷缸套的加工方法
        3.2.2 缸套壽命的提高
    3.3 組裝式陶瓷缸套
        3.3.1 組裝式陶瓷缸套結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設計原理
        3.3.2 組裝式陶瓷缸套的結(jié)構(gòu)研發(fā)
    3.4 缸套的受力分析
    3.5 缸套內(nèi)襯厚度的選取
        3.5.1 不同厚度的缸套內(nèi)襯的有限元分析
        3.5.2 靜力學分析結(jié)果后處理
    3.6 基于ANSYS Workbench對組裝式陶瓷缸套和雙金屬缸套的分析和對比
        3.6.1 缸套材料及邊界條件
        3.6.2 結(jié)果分析
    3.7 本章小結(jié)
第四章 基于FLUENT的閥隙流場分析與ANSYS LS-DYNA的泵閥沖擊特性仿真對泵閥的設計研究
    4.1 泵閥簡介
    4.2 泵閥模型建立
        4.2.1 泵閥的設計原則
        4.2.2 泵閥主要參數(shù)研究
            4.2.2.1 閥座孔直徑d_k的研究
            4.2.2.2 閥體與閥座密封接觸面寬度b的研究
            4.2.2.3 閥體直徑d_f與閥體厚度δ的研究
            4.2.2.4 泵閥的理論校核
            4.2.2.5 泵閥允許關(guān)閉速度[μ_f]的確定
            4.2.2.6 泵閥最大升程h_(max)的確定
    4.3 泵閥受力分析
    4.4 基于FLUENT對鉆井泵泵閥閥隙流場的仿真分析
        4.4.1 FLUENT軟件簡介
        4.4.2 閥隙流場的假設與簡化
            4.4.2.1 閥隙流場的假設
            4.4.2.2 閥隙流場的簡化
        4.4.3 仿真模型建立
        4.4.4 FLUENT求解計算與結(jié)果分析
        4.4.5 不同錐角泵閥閥隙流場對比分析
    4.5 基于ANSYS LS-DYNA的泵閥沖擊動態(tài)仿真研究
        4.5.1 泵閥沖擊動態(tài)仿真模型建立
        4.5.2 基于ANSYS LS-DYNA的泵閥沖擊動態(tài)仿真分析
            4.5.2.1 定義接觸面的類型
            4.5.2.2 網(wǎng)格劃分
            4.5.2.3 定義邊界和初始條件
        4.5.3 不同錐角泵閥分析結(jié)果對比研究
    4.6 本章小結(jié)
第五章 液缸的結(jié)構(gòu)與參數(shù)優(yōu)化設計
    5.1 液缸簡介
    5.2 液缸的分類
        5.2.1 整體式液缸體
        5.2.2 組合式液缸體
    5.3 液缸壁厚的確定
    5.4 液缸受力分析
    5.5 液缸的模態(tài)分析
        5.5.1 模態(tài)分析簡介
        5.5.2 模態(tài)分析基礎(chǔ)
        5.5.3 液缸的模態(tài)分析前處理
        5.5.4 液缸的模態(tài)分析結(jié)果后處理
    5.6 液缸的拓撲優(yōu)化設計
        5.6.1 拓撲優(yōu)化簡介
        5.6.2 液缸的拓撲優(yōu)化
            1.拓撲優(yōu)化前處理
            2.拓撲優(yōu)化后處理
    5.7 液缸的參數(shù)優(yōu)化設計
        5.7.1 參數(shù)優(yōu)化簡介
        5.7.2 液缸靜力結(jié)構(gòu)分析
        5.7.3 輸入與輸出參數(shù)的設定
        5.7.4 優(yōu)化設計參數(shù)
        5.7.5 優(yōu)化點的選取以及優(yōu)化結(jié)果的處理
    5.8 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
    總結(jié)
    展望
參考文獻
致謝
附錄A 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文目錄



本文編號：4006962