3500HP型钻井泵动力端优化设计与虚拟仿真研究
发布时间：2023-06-03 23:49
随着钻采技术的不断革新和钻井要求的日益提高,大功率、大排量的高压泵成为今后钻井设备的发展需求。因此,对于高压钻井泵的研究不仅具有科学研究价值,同时还能够满足工程实践的需要。近年来逐步兴起的虚拟仿真技术成为了钻井泵新产品研发的重要技术手段之一。本文以新型3500HP型钻井泵作为主要的研究对象,通过理论分析与数值模拟的方法,对钻井泵主要零部件进行创新模块化结构设计、虚拟仿真与结构有限元的分析研究,结合响应面法与中心节点组合取样方法进行结构优化,得到相应结论,为研发出满足现代钻井工艺的新型大功率钻井泵,提供理论研究参考。主要研究内容如下:(1)为规避传统结构中的设计与工艺缺陷,创新设计动力端零部件结构,利用Solidworks软件进行创新结构建模。并根据计算理论进行动力端运动特性分析及载荷分析,验证各结构作用力的理论峰值与各作用力曲线产生周期性变化的原因,为后续数值模拟提供参考对比依据。(2)采用虚拟仿真技术,运用ADAMS软件建立3500HP型钻井泵动力端系统动力学模型,从液体压力、输入转矩、受力特性以及转速影响等方面研究钻井泵动力端动力响应的问题。得出与理论分析相似的结论,验证了仿真结果...
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.1.1 油气资源及勘探技术背景
1.1.2 钻井泵与勘探技术发展的联系
1.1.3 大功率、高泵压钻井泵的研究意义
1.2 钻井泵国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 国内钻井泵研究现状
1.2.2 国外钻井泵研究现状
1.2.3 钻井泵发展趋势
1.3 钻井泵动力端曲轴结构研究现状
1.4 论文主要研究内容
第2章 钻井泵参数与动力端结构设计
2.1 钻井泵的工作原理
2.2 3500HP型钻井泵主要技术参数的设计计算
2.2.1 流量的确定
2.2.2 容积效率的确定
2.2.3 活塞平均速度的选择
2.2.4 冲次和冲程的合理分配
2.2.5 活塞直径的计算
2.3 机构的基本设计与分析
2.3.1 曲轴的参数设计
2.3.2 连杆的参数设计
2.3.3 十字头的参数设计
2.3.4 齿轮的参数设计
2.4 本章小结
第3章 钻井泵动力端运动学与静力学理论分析
3.1 钻井泵动力端运动特性分析
3.1.1 活塞-十字头的运动特性分析
3.1.2 连杆的运动特性分析
3.2 钻井泵动力端载荷分析
3.2.1 液体压力
3.2.2 构件质量力
3.2.3 摩擦力
3.3 曲柄滑块机构受力分析
3.3.1 活塞-十字头受力分析
3.3.2 连杆受力分析
3.3.3 曲轴受力分析
3.4 本章小结
第4章 钻井泵动力学仿真与研究
4.1 ADAMS软件简介
4.2 ADAMS软件设计分析流程
4.3 多刚体系统动力学基础理论
4.3.1 ADAMS运动学分析理论
4.3.2 ADAMS动力学分析理论
4.4 系统动力学模型的建立
4.4.1 几何模型的建立
4.4.2 物理模型的建立
4.5 仿真结果与分析
4.5.1 液体压力的时变特性
4.5.2 曲轴输入扭矩时变特性
4.5.3 十字头销与曲拐受力的时变特性
4.5.4 转速对钻井泵影响的时变特性
4.6 AMESim软件简介
4.7 AMESim软件建模与模拟的分析流程
4.8 钻井泵液压系统模型的建立
4.8.1 应用库及其元件选取
4.8.2 草图模型的建立
4.8.3 选择子模型
4.8.4 参数分配
4.9 仿真结果与分析
4.9.1 活塞液体压力及位移的时变特性
4.9.2 吸、排液泵阀时变动态特性
4.9.3 吸、排液泵阀流量的时变特性
4.9.4 钻井泵瞬时流量与泵压的时变特性
4.10 本章小结
第5章 钻井泵动力端主要零部件的有限元分析
5.1 曲轴的有限元分析
5.1.1 曲轴有限元模型的建立
5.1.2 曲轴危险工况分析
5.1.3 曲轴有限元分析结果
5.2 连杆的有限元分析
5.2.1 连杆有限元模型的建立
5.2.2 连杆危险工况分析
5.2.3 连杆有限元分析结果
5.3 十字头的有限元分析
5.3.1 十字头有限元模型的建立
5.3.2 十字头危险工况分析
5.3.3 十字头有限元分析结果
5.4 介杆的有限元分析
5.4.1 介杆有限元模型的建立
5.4.2 介杆危险工况分析
5.4.3 介杆有限元分析结果
5.5 本章小结
第6章 基于响应面法的曲轴多目标参数优化设计
6.1 曲轴结构的模态分析
6.1.1 有限元模态分析理论
6.1.2 曲轴模态与振型
6.1.3 钻井泵振动频率计算
6.2 曲轴结构的优化设计
6.2.1 响应面拟合理论
6.2.2 曲轴敏感性分析
6.2.3 曲轴结构响应面设置及多目标驱动优化设计
6.3 优化前后曲轴结构性能对比
6.3.1 曲轴有限元分析结果对比
6.3.2 曲轴结构模态分析结果对比
6.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录
附录B 参加科研项目情况
本文编号：3830278
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.1.1 油气资源及勘探技术背景
1.1.2 钻井泵与勘探技术发展的联系
1.1.3 大功率、高泵压钻井泵的研究意义
1.2 钻井泵国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 国内钻井泵研究现状
1.2.2 国外钻井泵研究现状
1.2.3 钻井泵发展趋势
1.3 钻井泵动力端曲轴结构研究现状
1.4 论文主要研究内容
第2章 钻井泵参数与动力端结构设计
2.1 钻井泵的工作原理
2.2 3500HP型钻井泵主要技术参数的设计计算
2.2.1 流量的确定
2.2.2 容积效率的确定
2.2.3 活塞平均速度的选择
2.2.4 冲次和冲程的合理分配
2.2.5 活塞直径的计算
2.3 机构的基本设计与分析
2.3.1 曲轴的参数设计
2.3.2 连杆的参数设计
2.3.3 十字头的参数设计
2.3.4 齿轮的参数设计
2.4 本章小结
第3章 钻井泵动力端运动学与静力学理论分析
3.1 钻井泵动力端运动特性分析
3.1.1 活塞-十字头的运动特性分析
3.1.2 连杆的运动特性分析
3.2 钻井泵动力端载荷分析
3.2.1 液体压力
3.2.2 构件质量力
3.2.3 摩擦力
3.3 曲柄滑块机构受力分析
3.3.1 活塞-十字头受力分析
3.3.2 连杆受力分析
3.3.3 曲轴受力分析
3.4 本章小结
第4章 钻井泵动力学仿真与研究
4.1 ADAMS软件简介
4.2 ADAMS软件设计分析流程
4.3 多刚体系统动力学基础理论
4.3.1 ADAMS运动学分析理论
4.3.2 ADAMS动力学分析理论
4.4 系统动力学模型的建立
4.4.1 几何模型的建立
4.4.2 物理模型的建立
4.5 仿真结果与分析
4.5.1 液体压力的时变特性
4.5.2 曲轴输入扭矩时变特性
4.5.3 十字头销与曲拐受力的时变特性
4.5.4 转速对钻井泵影响的时变特性
4.6 AMESim软件简介
4.7 AMESim软件建模与模拟的分析流程
4.8 钻井泵液压系统模型的建立
4.8.1 应用库及其元件选取
4.8.2 草图模型的建立
4.8.3 选择子模型
4.8.4 参数分配
4.9 仿真结果与分析
4.9.1 活塞液体压力及位移的时变特性
4.9.2 吸、排液泵阀时变动态特性
4.9.3 吸、排液泵阀流量的时变特性
4.9.4 钻井泵瞬时流量与泵压的时变特性
4.10 本章小结
第5章 钻井泵动力端主要零部件的有限元分析
5.1 曲轴的有限元分析
5.1.1 曲轴有限元模型的建立
5.1.2 曲轴危险工况分析
5.1.3 曲轴有限元分析结果
5.2 连杆的有限元分析
5.2.1 连杆有限元模型的建立
5.2.2 连杆危险工况分析
5.2.3 连杆有限元分析结果
5.3 十字头的有限元分析
5.3.1 十字头有限元模型的建立
5.3.2 十字头危险工况分析
5.3.3 十字头有限元分析结果
5.4 介杆的有限元分析
5.4.1 介杆有限元模型的建立
5.4.2 介杆危险工况分析
5.4.3 介杆有限元分析结果
5.5 本章小结
第6章 基于响应面法的曲轴多目标参数优化设计
6.1 曲轴结构的模态分析
6.1.1 有限元模态分析理论
6.1.2 曲轴模态与振型
6.1.3 钻井泵振动频率计算
6.2 曲轴结构的优化设计
6.2.1 响应面拟合理论
6.2.2 曲轴敏感性分析
6.2.3 曲轴结构响应面设置及多目标驱动优化设计
6.3 优化前后曲轴结构性能对比
6.3.1 曲轴有限元分析结果对比
6.3.2 曲轴结构模态分析结果对比
6.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录
附录B 参加科研项目情况
本文编号：3830278
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3830278.html
