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三缸单作用2200马力高压泥浆泵结构优化设计

发布时间:2018-02-15 03:25

  本文关键词: 泥浆泵 有限元法 锻造曲轴 设计 出处:《西安石油大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:石油钻井泥浆泵是组成钻机整体的关键部件之一。随着我国陆地和海洋油气开发逐步向深层延伸,以及在海洋和交通运输不便地区油气勘探开发工作的开展,要求泥浆泵具有排量大、泵压高、体积小、重量轻等特性。尤其是功率在2200马力、压力52MPa以上的高压大功率泥浆泵,为配套9000米以上超深、特深井钻机以及海洋钻机,提供了基本的装备保障。因此,本文开展了三缸单作用2200马力高压泥浆泵的设计工作,首先确定了泥浆泵总体结构方案及其基本参数,其次对泥浆泵传动轴、齿轮、曲轴及液压缸进行了分析计算,最后得到相应结论。主要包括以下几个方面:1.为提高轴的刚性,对2200马力泥浆泵传动轴和小齿轮进行一体化设计,即泥浆泵的输入轴设计为一个整体齿轮轴,并对齿轮轴的承载进行精确的计算。2.对于小齿轮和大齿圈,而为了得到更好的运转平稳性,将其设计成为一个整体的人字齿,并对齿轮的承载能力进行计算。3.将传统的铸造式曲轴改为锻造曲轴的结构,这样可以消除由于铸造曲轴铸造过程产生的质量分布不均匀情况,从而消除了泥浆泵运转过程中由铸造曲轴的偏重产生的震动现象,同时锻造曲轴强度会有很大的提高。在锻造曲轴的设计过程中用SolideWorks软件建立其三维有限元计算模型,将相关力学计算出的数值加载到有限元模型上面,利用有限元分析软件ANSYS对模型进行有限元分析计算。计算结果表明曲轴强度满足要求。4.对于液压缸的设计利用三维设计软件SolideWorks建立1:1的力学模型,然后利用有限元分析软件ANSYS对模型进行高压工况下的有限元模拟分析计算。对计算结果分析及根据其进行优化设计。计算分析表明液压缸能够承受52MPa的额定工作压力。
[Abstract]:Oil drilling mud pump is one of the key components of drilling rig. With the gradual extension of land and offshore oil and gas development in China, as well as the development of oil and gas exploration and development in the inconvenient areas of ocean and transportation, the oil and gas drilling mud pump is one of the key components of drilling rig. The mud pump is required to have the characteristics of large displacement, high pump pressure, small volume, light weight, etc. In particular, the high-pressure and high-power mud pump with power of 2200 horsepower and pressure of 52 MPA or above is a matching set of ultra-deep, ultra-deep drilling rigs and offshore drilling rigs. Therefore, the design of 2200hp high pressure mud pump with three cylinders and one action has been carried out. Firstly, the overall structure of mud pump and its basic parameters have been determined. Secondly, the drive shaft and gear of mud pump have been studied. The crankshaft and hydraulic cylinder are analyzed and calculated, and the corresponding conclusions are obtained. In order to improve the rigidity of shaft, the drive shaft and pinion of 2200 horsepower mud pump are designed. That is, the input shaft of the mud pump is designed as an integral gear shaft, and the bearing capacity of the gear shaft is accurately calculated. The bearing capacity of gears is calculated. 3. The traditional cast crankshaft is changed into the structure of forged crankshaft, which can eliminate the uneven mass distribution caused by casting crankshaft. Thus the vibration caused by casting crankshaft is eliminated and the strength of forged crankshaft is greatly improved. The 3D finite element calculation model of crankshaft is established by using SolideWorks software in the design process of forging crankshaft. The numerical value calculated by the correlation mechanics is loaded into the finite element model, The finite element analysis software ANSYS is used to calculate the model. The results show that the strength of the crankshaft meets the requirement of .4.For the design of hydraulic cylinder, the mechanical model of 1: 1 is established by using the three-dimensional design software SolideWorks. Then the finite element analysis software ANSYS is used to simulate and calculate the model under high pressure. The calculation results are analyzed and the optimized design is carried out according to it. The calculation and analysis show that the hydraulic cylinder can withstand the rated working pressure of 52 MPA.
【学位授予单位】:西安石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TE92

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本文编号:1512309

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