3000HP型卧式三缸泥浆泵液力端研究

发布时间：2020-10-13 19:19

　　 泥浆泵又称钻井泵,是钻井工程领域中极其重要的设备之一,一直有着石油钻机“心脏”的别称,在石油、天然气等的开采过程中有着无可取代的地位。本课题针对我国现有泥浆泵存在的功率小、泵压低、排量小、体积大、质量大等问题,研究3000HP型卧式三缸泥浆泵,该泵是目前世界上功率最大的三缸泥浆泵,其能够满足现代油气开采对功率、排量的需求。本课题以该型号卧式三缸泥浆泵液力端的设计为目的,以现有泥浆泵的工作原理为理论基础,对其液力端的结构及其重要零部件进行设计研究及仿真分析。针对现有泥浆泵泵阀阀座受冲击力大及密封圈在高压流体冲击下容易损坏的现象,创新设计了一种新型的阀座结构。本课题主要做了以下几个方面的研究:(1)查询阅读国内外相关文献,了解了国内外泥浆泵及其液力端的发展现状及技术,分析了现有泥浆泵在功率、泵压、流量等方面的不足,阐述了泥浆泵的发展趋势及其使用的情况。(2)在对三缸泥浆泵理论研究的基础上,对该型号泥浆泵的基本性能参数进行分析研究,确定最大泵压定为49.6MPa、最大排量定为67.9L/s等。对泥浆泵液力端的结构型式进行了分析研究,创新设计了一种新型阀座结构,将阀体上的密封圈创新设计到阀座上,使其从运动件变成固定件,从而减小了阀体的质量,进而减小了阀体对阀座的冲击力,也减小了密封圈在高压流体的冲击下易损坏的问题,从而提高泥浆泵泵阀使用寿命。(3)在理论校核的基础上,使用三维建模软件SolidWorks对液力端主要零部件进行了建模。然后,利用有限元分析软件ANSYS对三维模型进行了刚度、强度分析,得到了模型的应力云图及应变云图,找出了各零部件的危险截面处最大应力及最大变形量。与其材料的基本性能参数做比较验证了它们的强度、刚度都满足设计的要求。(4)利用Fluent流体分析软件对3000HP型泥浆泵液力端的阀隙流场进行了流体分析,从介质流体的速度云图及矢量图中可看出阀隙流场中速度最大的地方在靠近泵阀拐角处,其值可达到23.9m/s,其该位置处阀盘受到的冲击力也最强,得出了阀隙流场流体流速越大,阀盘受力越大的结论。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE92
【部分图文】：

(2) 确定大功率 3000HP 型泥浆泵的液力端方案，并对各种液力端结和比较；阐述泥浆泵基本性能参数的概念及理论计算公式，设计计算浆泵的性能参数；在此基础上，对该泥浆泵液力端主要零部件进行设(3) 运用现代设计分析软件对 3000HP 型泥浆泵液力端进行动力学的学的分析，通过这些分析给研发设计者改进泥浆泵的性能提供理论依atlab 软件对液力端介质流体的流量进行模拟并绘制流量曲线图。(4) 利用有限元分析软件 Ansys WorkBench 对 3000HP 型泥浆泵液力部件如液缸、阀体、阀座等进行力学分析和校核得到其应力云图及变形液力端零部件强度和刚度是否满足要求。(5) 利用 Fluent 软件对泥浆泵液力端泵阀阀盘与阀座之间阀隙流场进，通过后处理器得到所需的速度云图及矢量分布图，然后根据图像分在阀隙的运动规律，找出流体流量流速对泵阀失效的影响。2 本课题的技术路线

3000HP 型卧式三缸泥浆泵液力端研究第 2 章 3000HP 型泥浆泵性能参数的理论设计往复式泥浆泵主要由液力端和动力端两部分组成，液力端是流体介质流过方，它与泥浆泵的排量和压力有很大的关系。泥浆泵的液力端通常由活塞、、吸入阀、排出阀、阀箱及空气包等主要部件组成。因此液力端研究设计是泵研究设计过程中重要环节之一。.1 泥浆泵的主要结构及其工作原理.1.1 泥浆泵的结构通过研究分析，将本课题研究的 3000HP 型泥浆泵确定为卧式三缸单作用活塞泵，三缸泥浆泵的整体结构三维模型图如图 2.1 所示。

图 2.2 泥 浆 泵 机 构 结 构 框 架 图.2 泥浆泵的工作原理泥浆泵动力端往往选择曲柄连杆滑块结构，通过输入轴上的齿轮将电机力传送给曲柄连杆，将主轴的圆周运动转换为活塞的往复运动，从而实能转化为压力能的目的[28]。泥浆泵工作的原理简图如图 2.3 所示。
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本文编号：2839596