3500 HP型钻井泵液力端的研究与关键件的优化设计
发布时间：2024-10-04 17:36
我国有18000公里之巨的海岸线,蕴藏着丰富的油气资源。随着经济和技术的发展钻井开采的工作重点逐渐向海洋和地表深层、超深层勘探开发,对钻井泵的要求也是越来越高。因此新型大功率、大排量、高泵压、性能稳定可靠的钻井泵的研发至关重要。钻井泵被誉为钻机的“心脏”,是钻机的重要组成部分,它为泥浆的循环提供动力保障。想要提高大功率高泵压钻井泵的使用可靠性和工作效率就必须提高钻井泵液力端易损件的使用寿命。本文研究对象为目前国内外最大功率的3500HP型大功率高泵压钻井泵,主要对3500HP型钻井泵液力端的活塞缸套结构进行了创新设计;并对液力端的主要参数、耐高压泵阀总成、液缸的结构进行了研究与优化设计。主要研究内容如下:（1）缸套是液力端的易损件,它的使用寿命直接影响着钻井成本。缸套受到工作环境和工作方式的限制,其磨损失效是必然的。本文对缸套结构做了创新设计,组装式陶瓷缸套有效的提高了材料的利用率和缸套的使用寿命,并节省了钻井成本。通过分析软件ANSYS Workbench对组装式陶瓷缸套做了结构静力分析,得出了缸套的总位移应变、等效应力和主应力分布图并与双金属缸套进行了对比,论证了组装式陶瓷缸套的合理...
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外钻井泵的研发现状
1.2.2 国内钻井泵的研发现状
1.2.3 国内外发展趋势
1.3 钻井泵液力端的研究现状
1.3.1 钻井泵液力端活塞的研究现状及发展趋势
1.3.2 钻井泵液力端缸套的研究现状及发展趋势
1.3.3 钻井泵液力端泵阀的研究现状及发展趋势
1.3.4 钻井泵液力端液缸的研究现状及发展趋势
1.4 本文的主要研究内容与安排
第二章 3500HP钻井泵液力端失效分析及其主要设计参数研究
2.1 钻井泵重要组成
2.2 钻井泵工作原理
2.3 钻井泵液力端的主要失效形式和原因分析
2.3.1 钻井泵活塞的失效形式和原因分析
2.3.2 钻井泵缸套的失效形式和原因分析
2.3.3 钻井泵泵阀的失效形式和原因分析
2.3.4 钻井泵液缸的失效形式和原因分析
2.4 3500HP钻井泵主要参数的研发与设计
2.4.1 钻井泵活塞平均速度μ_m的选取
2.4.2 钻井泵活塞直径的选取
2.5 本章小结
第三章 基于ANSYS Workbench的有限元分析对组装式陶瓷缸套的设计研究
3.1 钻井泵缸套的发展历史及趋势
3.2 缸套寿命的提高
3.2.1 陶瓷缸套的加工方法
3.2.2 缸套寿命的提高
3.3 组装式陶瓷缸套
3.3.1 组装式陶瓷缸套结构的创新设计原理
3.3.2 组装式陶瓷缸套的结构研发
3.4 缸套的受力分析
3.5 缸套内衬厚度的选取
3.5.1 不同厚度的缸套内衬的有限元分析
3.5.2 静力学分析结果后处理
3.6 基于ANSYS Workbench对组装式陶瓷缸套和双金属缸套的分析和对比
3.6.1 缸套材料及边界条件
3.6.2 结果分析
3.7 本章小结
第四章 基于FLUENT的阀隙流场分析与ANSYS LS-DYNA的泵阀冲击特性仿真对泵阀的设计研究
4.1 泵阀简介
4.2 泵阀模型建立
4.2.1 泵阀的设计原则
4.2.2 泵阀主要参数研究
4.2.2.1 阀座孔直径d_k的研究
4.2.2.2 阀体与阀座密封接触面宽度b的研究
4.2.2.3 阀体直径d_f与阀体厚度δ的研究
4.2.2.4 泵阀的理论校核
4.2.2.5 泵阀允许关闭速度[μ_f]的确定
4.2.2.6 泵阀最大升程h_(max)的确定
4.3 泵阀受力分析
4.4 基于FLUENT对钻井泵泵阀阀隙流场的仿真分析
4.4.1 FLUENT软件简介
4.4.2 阀隙流场的假设与简化
4.4.2.1 阀隙流场的假设
4.4.2.2 阀隙流场的简化
4.4.3 仿真模型建立
4.4.4 FLUENT求解计算与结果分析
4.4.5 不同锥角泵阀阀隙流场对比分析
4.5 基于ANSYS LS-DYNA的泵阀冲击动态仿真研究
4.5.1 泵阀冲击动态仿真模型建立
4.5.2 基于ANSYS LS-DYNA的泵阀冲击动态仿真分析
4.5.2.1 定义接触面的类型
4.5.2.2 网格划分
4.5.2.3 定义边界和初始条件
4.5.3 不同锥角泵阀分析结果对比研究
4.6 本章小结
第五章 液缸的结构与参数优化设计
5.1 液缸简介
5.2 液缸的分类
5.2.1 整体式液缸体
5.2.2 组合式液缸体
5.3 液缸壁厚的确定
5.4 液缸受力分析
5.5 液缸的模态分析
5.5.1 模态分析简介
5.5.2 模态分析基础
5.5.3 液缸的模态分析前处理
5.5.4 液缸的模态分析结果后处理
5.6 液缸的拓扑优化设计
5.6.1 拓扑优化简介
5.6.2 液缸的拓扑优化
1.拓扑优化前处理
2.拓扑优化后处理
5.7 液缸的参数优化设计
5.7.1 参数优化简介
5.7.2 液缸静力结构分析
5.7.3 输入与输出参数的设定
5.7.4 优化设计参数
5.7.5 优化点的选取以及优化结果的处理
5.8 本章小结
总结与展望
总结
展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：4006962
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外钻井泵的研发现状
1.2.2 国内钻井泵的研发现状
1.2.3 国内外发展趋势
1.3 钻井泵液力端的研究现状
1.3.1 钻井泵液力端活塞的研究现状及发展趋势
1.3.2 钻井泵液力端缸套的研究现状及发展趋势
1.3.3 钻井泵液力端泵阀的研究现状及发展趋势
1.3.4 钻井泵液力端液缸的研究现状及发展趋势
1.4 本文的主要研究内容与安排
第二章 3500HP钻井泵液力端失效分析及其主要设计参数研究
2.1 钻井泵重要组成
2.2 钻井泵工作原理
2.3 钻井泵液力端的主要失效形式和原因分析
2.3.1 钻井泵活塞的失效形式和原因分析
2.3.2 钻井泵缸套的失效形式和原因分析
2.3.3 钻井泵泵阀的失效形式和原因分析
2.3.4 钻井泵液缸的失效形式和原因分析
2.4 3500HP钻井泵主要参数的研发与设计
2.4.1 钻井泵活塞平均速度μ_m的选取
2.4.2 钻井泵活塞直径的选取
2.5 本章小结
第三章 基于ANSYS Workbench的有限元分析对组装式陶瓷缸套的设计研究
3.1 钻井泵缸套的发展历史及趋势
3.2 缸套寿命的提高
3.2.1 陶瓷缸套的加工方法
3.2.2 缸套寿命的提高
3.3 组装式陶瓷缸套
3.3.1 组装式陶瓷缸套结构的创新设计原理
3.3.2 组装式陶瓷缸套的结构研发
3.4 缸套的受力分析
3.5 缸套内衬厚度的选取
3.5.1 不同厚度的缸套内衬的有限元分析
3.5.2 静力学分析结果后处理
3.6 基于ANSYS Workbench对组装式陶瓷缸套和双金属缸套的分析和对比
3.6.1 缸套材料及边界条件
3.6.2 结果分析
3.7 本章小结
第四章 基于FLUENT的阀隙流场分析与ANSYS LS-DYNA的泵阀冲击特性仿真对泵阀的设计研究
4.1 泵阀简介
4.2 泵阀模型建立
4.2.1 泵阀的设计原则
4.2.2 泵阀主要参数研究
4.2.2.1 阀座孔直径d_k的研究
4.2.2.2 阀体与阀座密封接触面宽度b的研究
4.2.2.3 阀体直径d_f与阀体厚度δ的研究
4.2.2.4 泵阀的理论校核
4.2.2.5 泵阀允许关闭速度[μ_f]的确定
4.2.2.6 泵阀最大升程h_(max)的确定
4.3 泵阀受力分析
4.4 基于FLUENT对钻井泵泵阀阀隙流场的仿真分析
4.4.1 FLUENT软件简介
4.4.2 阀隙流场的假设与简化
4.4.2.1 阀隙流场的假设
4.4.2.2 阀隙流场的简化
4.4.3 仿真模型建立
4.4.4 FLUENT求解计算与结果分析
4.4.5 不同锥角泵阀阀隙流场对比分析
4.5 基于ANSYS LS-DYNA的泵阀冲击动态仿真研究
4.5.1 泵阀冲击动态仿真模型建立
4.5.2 基于ANSYS LS-DYNA的泵阀冲击动态仿真分析
4.5.2.1 定义接触面的类型
4.5.2.2 网格划分
4.5.2.3 定义边界和初始条件
4.5.3 不同锥角泵阀分析结果对比研究
4.6 本章小结
第五章 液缸的结构与参数优化设计
5.1 液缸简介
5.2 液缸的分类
5.2.1 整体式液缸体
5.2.2 组合式液缸体
5.3 液缸壁厚的确定
5.4 液缸受力分析
5.5 液缸的模态分析
5.5.1 模态分析简介
5.5.2 模态分析基础
5.5.3 液缸的模态分析前处理
5.5.4 液缸的模态分析结果后处理
5.6 液缸的拓扑优化设计
5.6.1 拓扑优化简介
5.6.2 液缸的拓扑优化
1.拓扑优化前处理
2.拓扑优化后处理
5.7 液缸的参数优化设计
5.7.1 参数优化简介
5.7.2 液缸静力结构分析
5.7.3 输入与输出参数的设定
5.7.4 优化设计参数
5.7.5 优化点的选取以及优化结果的处理
5.8 本章小结
总结与展望
总结
展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：4006962
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