本文關(guān)鍵詞：2800型壓裂泵動力端結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：壓裂泵是油田開采石油的重要壓裂設(shè)備,其壓裂技術(shù)在油氣田的廣泛使用,不僅可以增加油氣井的開采量,大大加快油氣田開發(fā)的步伐,而且還能夠大幅度地提高石油的產(chǎn)量。隨著各大淺井油田的相繼開完完成,后續(xù)的油田的開采壓力越來越大,對于壓裂設(shè)備的要求越來越高,壓裂泵技術(shù)結(jié)構(gòu)越來越苛刻,與此同時,壓裂泵也是越來越笨重。各大油田都希望得到高壓力、大排量和大功率,性能更加優(yōu)異,重量更加輕便,能在較惡劣工況下工作的壓裂泵。目前,2800型壓裂泵由于其高壓力的特點已經(jīng)逐漸進入各大油田市場。雖然我國已經(jīng)具備研發(fā)大型壓裂機組的能力,產(chǎn)品也已經(jīng)可以銷往國外,但是由于我國壓裂技術(shù)起步較晚,核心零部件又依靠國外進口,基本零件要么是仿造,要么是依據(jù)經(jīng)驗來加工生產(chǎn)。往往尺寸的確定依據(jù)性不是很強,結(jié)構(gòu)上少有創(chuàng)新,不僅材料存在浪費情況,增加成本,而且壓裂泵大型笨重,在重量上也會增加很大負擔,與目前高山、密林中的油井需要小巧、輕便的大功率的壓裂泵的宗旨不符。因此,分析壓裂泵的結(jié)構(gòu),了解其原理,并在此基礎(chǔ)上對現(xiàn)有壓裂泵的結(jié)構(gòu)、尺寸作出優(yōu)化,在不影響使用的情況下,以達到節(jié)省材料,降低成本,整機輕便的目的,以適應(yīng)于作業(yè)環(huán)境不利于運輸?shù)沫h(huán)境。首先,先要了解壓裂泵的結(jié)構(gòu)以及它的工作原理,然后了解壓裂泵的動力端的本質(zhì)就是一個曲柄滑塊機構(gòu),通過壓裂泵動力端的工作情況做相關(guān)的運動以及受力公式推導(dǎo)。并結(jié)合2800壓裂泵的相關(guān)參數(shù)和推導(dǎo)的受力公式計算出曲軸、連桿、柱塞的在輸出壓力最大(140MPa)時的受力,同時也要考慮曲軸最大扭矩時曲軸各部位的承受應(yīng)力情況,找到各個零件的受到的最大力情況。其次,對于現(xiàn)有的2800型壓裂泵動力端的曲軸、連桿、柱塞進行調(diào)研,繪制出2800型壓裂泵的曲軸、連桿、柱塞的三維模型。結(jié)合前面公式推導(dǎo)出來的各個零件在運動過程中受到的最大力,并其根據(jù)實際情況加載到曲軸、連桿、柱塞上面進行有限元分析,通過有限元分析的結(jié)果很直觀的看到曲軸、連桿、柱塞的應(yīng)力分布情況,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有曲軸、連桿、柱塞的最大應(yīng)力遠遠小于材料本身能承受的強度,尺寸較為富余,材料大為浪費,需要對其進行優(yōu)化。最后,根據(jù)有限元的分析情況以及結(jié)合現(xiàn)有的實際情況對曲軸、連桿、柱塞連桿、以及柱塞進行優(yōu)化：1)現(xiàn)有曲軸主軸頸與連桿頸直接相連的特點,比較增加凸臺比較有凸臺與無凸臺,軸頸在受到相同力的情況的應(yīng)力情況。對于曲軸軸頸在不同直徑下,加載受到軸向與軸向合成的余弦函數(shù)力,找出直徑與應(yīng)力的關(guān)系,并繪制出優(yōu)化后的力學(xué)模型進行有限元分析驗證優(yōu)化后的曲軸可以安全工作。2)雖然現(xiàn)有連桿結(jié)構(gòu)有尺寸優(yōu)化的空間,但是考慮到實際使用以及裝配拆卸問題,對連桿的小頭端部連接方式進行更改,并參考《柴油機設(shè)計手冊》關(guān)于連桿設(shè)計的部分尺寸,重新設(shè)計了連桿,對連桿桿身肋板的凹槽以及與小頭端部的連接圓角部分進行有限元分析,找出凹槽深度與應(yīng)力以及桿身肋板與應(yīng)力的關(guān)系,繪制優(yōu)化后的連桿的力學(xué)模型,并進行有限元分析驗證可以安全工作。3)因為連桿結(jié)構(gòu)的更改,對于柱塞桿也進行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及進行有限元分析桿身直徑處圓角與應(yīng)力的關(guān)系,繪制優(yōu)化后的柱塞連桿的力學(xué)模型,并進行有限元分析驗證柱塞連桿可以安全工作。4)進行有限元分析柱塞靠近動力端部的空心部位直徑與應(yīng)力關(guān)系、深度與應(yīng)力的關(guān)系以及與柱塞連桿連接凹槽部位的圓角與應(yīng)力的關(guān)系,繪制出優(yōu)化的連桿力學(xué)模型,并進行有限元分析驗證柱塞可以安全工作。本文通過對2800型壓裂泵動力端的原理以及運動、受力情況進行了分析,總結(jié)出了相關(guān)運動公式。并借助有限元軟件對現(xiàn)有壓裂泵動力端結(jié)構(gòu)進行分析以及結(jié)合實際情況進行了優(yōu)化,得出了一些曲軸、連桿、柱塞桿以及柱塞的一些尺寸與應(yīng)力之間的關(guān)系,使人們對于壓裂泵動力端結(jié)構(gòu)有了一定了解,并對于相關(guān)結(jié)構(gòu)、尺寸與應(yīng)力的關(guān)系有了一定認識�？梢詾楫a(chǎn)品開發(fā)設(shè)計人員對于壓裂泵動力端的結(jié)構(gòu)以及尺寸優(yōu)化方向提供一種參考。為壓裂泵動力端的結(jié)構(gòu)小巧、輕便起到了重要作用。
【關(guān)鍵詞】：壓裂泵 動力端 曲柄滑塊機構(gòu) 有限元
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE934.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 研究目的和意義11-12
• 1.3 壓裂技術(shù)的應(yīng)用12-13
• 1.4 國內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢13-18
• 第2章 壓裂泵動力端的工作情況分析18-32
• 2.1 壓裂泵的結(jié)構(gòu)與組成18
• 2.2 壓裂泵動力端的工作情況分析18-25
• 2.3 壓裂泵動力端的受力分析25-32
• 第3章 2800型壓裂泵動力端結(jié)構(gòu)有限元分析32-42
• 3.1 MATLAB與ANSYS介紹32-33
• 3.2 曲軸的有限元分析33-38
• 3.3 連桿的有限元分析38-40
• 3.4 柱塞的有限元分析40-41
• 3.5 小結(jié)41-42
• 第4章 2800壓裂泵的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計42-71
• 4.1 曲軸的優(yōu)化設(shè)計42-46
• 4.2 連桿的優(yōu)化設(shè)計46-58
• 4.3 柱塞連桿的優(yōu)化設(shè)計58-63
• 4.4 柱塞的優(yōu)化設(shè)計63-70
• 4.5 小結(jié)70-71
• 第5章 工作總結(jié)以及工作展望71-73
• 5.1 工作總結(jié)71-72
• 5.2 工作展望72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻74-77
• 個人簡介77-78

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蔣發(fā)光;梁政;鐘功祥;任連城;;1400型壓裂泵動力端運動仿真及箱體有限元分析[J];石油礦場機械;2006年05期

2 鐘功祥;周大志;林寧;;非常規(guī)油氣開發(fā)用大功率液力驅(qū)動壓裂泵[J];石油機械;2011年S1期

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4 莫麗;黃崗;何霞;林琳;;2500型五缸壓裂泵整機模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J];石油機械;2012年07期

5 胡理聰;;壓裂泵外加砂裝置的概況[J];石油鉆采機械通訊;1979年06期

6 范強,向月,呂瑞典,徐志安;壓裂泵容積效率仿真[J];機械;2000年S1期

7 蔣發(fā)光;梁政;鐘功祥;張德榮;劉讓杰;;反求分析在1400型壓裂泵動力端改進中的應(yīng)用[J];西南石油大學(xué)學(xué)報;2007年03期

8 王峻喬;吳漢川;;車載2500型壓裂泵車風扇冷卻系統(tǒng)設(shè)計[J];石油機械;2010年10期

9 吳小超;;三缸壓裂泵驅(qū)動齒輪加強筋板根部的裂紋修復(fù)[J];中國高新技術(shù)企業(yè);2012年01期

10 戴南燕,魏懂禮;影響500壓裂泵易損件壽命的因素及應(yīng)采取的措施(上)[J];石油鉆采機械;1980年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 鐘功祥;周大志;林寧;;非常規(guī)油氣開發(fā)用大功率液力驅(qū)動壓裂泵[A];非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)裝備及應(yīng)用技術(shù)研討會論文集[C];2011年

2 彭平生;劉灼;;大型壓裂泵車底盤選型與整機設(shè)計[A];非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)裝備及應(yīng)用技術(shù)研討會論文集[C];2011年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 趙飚;中成機械壓裂泵新產(chǎn)品試制成功[N];中國石油報;2008年

2 記者 楊建光;中國南車曲軸成功進入石油石化領(lǐng)域[N];人民鐵道;2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 張楠;300型橇裝壓裂泵的設(shè)計研制及試驗研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2014年

2 崔玉祥;壓裂泵車軸系扭振分析與優(yōu)化[D];清華大學(xué);2015年

3 郭志奇;新型壓裂泵虛擬樣機仿真及實驗方案研究[D];西南石油大學(xué);2014年

4 李向龍;壓裂泵動力端連桿輕量化設(shè)計[D];蘭州理工大學(xué);2016年

5 周迪;2800型壓裂泵動力端結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D];長江大學(xué);2016年

6 李文亮;大功率壓裂泵動力端的設(shè)計與分析[D];大連理工大學(xué);2014年

7 曾興昌;HQ1400型壓裂泵動力端分析與設(shè)計[D];西南石油大學(xué);2006年

8 敖曉輝;熱處理工藝對油田壓裂泵閥箱用鋼40CrNiMoA顯微組織及力學(xué)性能的影響[D];蘭州交通大學(xué);2014年

9 張鳳田;壓裂泵泵閥磨損機理研究及其有限元分析[D];西南石油學(xué)院;2002年

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本文編號：558481