,型压裂泵总体设计绪论前言压裂在油田上的应用，只有几十年的历史。 在四十年代末期国外开始进行第口井的压裂试验，到目前国内外各油田大规模的广泛应用。 压裂的实质是利用压裂泵产生高压液体传导压力，将油层压开，形成条或数条裂缝，从而改善流体在地层中的渗流条件，减少地下流体的流动阻力。 提高油井的生产能力，达到增产增注的目的。 压裂已被公认是相当有效的油气井增产措施，成为改造油层，提高油气井生产能力的进攻性措施。 实践表明，压裂技术的应用，不仅可以增加井的产量，大大加快油田开发的步伐，而且还能够大幅度地提高石油的可采储量。 由此可知，压裂泵在油田中的应用十分有意义。 研究目的和意义般来说，在原始状态下，油层的结构和性质，除受到沉积特点的影响外，都是致密的。 因而原油从油层向井筒内渗流时，也是比较缓慢的。 于是，用压裂泵产生高压液体，将油层压开，形成条或数条清华大学出版社华剑，周思柱，李宁三缸单作用柱塞泵曲轴的理论分析与强度计算机械研究与应用冷如波高压注水泵结构优化设计与分析电子图书库西南石油大学曾兴昌压裂泵动力端分析与设计电子图书库西南石油大学题目型压裂泵总体设计目录中外文摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„研究目的和意义„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向„„„„„„„„„„„型压裂泵运动的分析及工作载荷研究„„„„„„„„„„„„„„已知泵的性能参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„曲柄连杆机构的运动分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„柱塞运动规律„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„连杆的运动规律„„„„„„„„„„„„„„„„„„„泵的压力„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„泵的吸入压力„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„泵的排出压力„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„作用于泵传动端的力„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„对柱塞十字头连杆和曲轴进行力学分析„„„„„„„„„„计算柱塞力„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„对柱塞十字头和连杆进行力学分析„„„„„„„„„„曲轴受力分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„泵动力端工作载荷及运动的编程分析„„„„„„„„„连杆对十字头的作用力曲线图„„„„„„„„„„„„„导板对十字头的作用力曲线图„„„„„„„„„„„„„连杆对曲轴的作用力曲线图„„„„„„„„„„„„„„曲轴偏心质量惯性力曲线图„„„„„„„„„„„„„„曲轴所受连杆力的力矩曲线图„„„„„„„„„„„„„型压裂泵动力端关键零件的三维建模„„„„„„„„„„„连杆组件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„曲轴„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„十字头„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„拉杆„„„„„„„„„„„„二步，对压裂泵的具体结构进行了认识。 第三步，对压裂泵动力端的曲柄连杆机构进行了运动分析及受力分析的理论计算。 第四步，用软件对泵动力端的工作载荷及运动进行编程分析。 第五步，用软件对型压裂泵的关键零件创建三维模型并装配。 第六步，用对连杆和曲轴进行有限元分析。 关键词压裂泵连杆曲轴有限元,„„„„„„„„„„„„„„„十字头连接螺丝„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„型压裂泵动力端曲柄连杆机构的装配及动画„„„„„„„„型压裂泵动力端关键零件的有限元分析„„„„„„„„„„分析连杆„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„连杆有限元分析的理论模型建立„„„„„„„„„„„„使用创建简化三维实体模型„„„„„„„„„„„导入的模型结果„„„„„„„„„„„„„„„„选择材料属性及单元类型„„„„„„„„„„„„„„„边界约束条件分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„结果与分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„分析曲轴„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„用建立曲轴简化模型„„„„„„„„„„„„„„导入的模型结果„„„„„„„„„„„„„„„„选择材料属性及单元类型„„„„„„„„„„„„„„„边界约束条件分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„结果与分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„论文总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„参考文献附录主要零件图及装配图附录二程序„„型压裂泵总体设计摘要随着现代计算机技术的高速发展，高新技术在现代设计中应用的越来越广泛，如等计算机辅助设计方法在国际上应用越来越普遍。 这些现代设计方法不但提高了设计速度，而且使设计出来的产品更加可靠和美观，并且可以节省大量的人力物力，大大的提高产品的竞争力。 在此论文中，笔者大量用到了计算机辅助设计及编程软件，如以及编程软件等。 压裂泵作为种石油矿场设备，在作业过程中所处工况较其它常见机械设备更恶劣，其所承受工作载荷也随着压裂压力的不断提高而越来越大。 因此有必要对压裂泵的运动部件及各承受高压的部件进行结构分析。 我本次对型压裂泵的主要设计过程如下第步，在理论方面对压裂泵的作用进行了定的学习，清楚地认识到压裂泵在油井开采中的重要作用。 第。 设轴向受力长度为，将和代入上式，得同时当得带入时，将带入中得到又因为压力沿轴径圆周方向角范围内按余弦规律分布，则作用在轴向上的总载荷可表示由此可得在图所示的坐标系下，轴径上任意个压力作用点的压力为式中。 将代入公式中得到轴径上的载荷分布函数为式中为作用在轴颈上的总载荷为轴颈直径。 根据以上公式，我们在中采用了方程加载的方法对有限元模型施加力的边界条件，代入下列参数可得用软件中的方程编辑器将载荷安上式加载使用方程编辑器加载方程施加载荷读入方程加约束及加载荷后的结果如下图加载荷及约束连杆小头端内端面全约束结果与分析图变形云图图变形图图等效节点应力云图由图可以看出这种工况下连杆大端与杆身过渡处的应力值较大，为。 安全系数，同时其工作变形最大值为属于小变形范围内，如果装上连杆盖，那么变形将会更小，所以连杆可以安全工作。 分析曲轴用建立曲轴简化模型图曲轴简化模型导入模型结果图曲轴的模型选择材料属性及单元类型曲轴材料，弹性模量，泊松比由于曲轴模型的不规则，故采用节点单元图单元由于曲轴由三个曲拐组成，与曲轴中心成度对称分布，考虑到它的结构形状变化较多，在划分网格时，采用智能网格自动划分，考虑到计算时间问题，为了节省时间，在不影响计算结果的条件下采用比较稀疏的网格，网格划分如下图所示图曲轴网格划分图边界约束条件分析曲轴所承受的连杆力柱塞与连杆往复运动的惯性力需要在工及总结大学四年来所学专业知识的次机会，所以我必须尽我最大的努力认真的把它完成好。 通过对型压裂泵的设计，在专业知识方面使我更加深刻的了解了压裂泵结构方面的知识，在这过程中我学到了以前没有学到的东西。 同时，也体现自身所学知识的不足，这提示着我要在以后的工作岗位上要认真地去学习。 在本论文中，主要对泵动力端的主要零件进行了设计分析和计算,同时在画装配图的过程中对泵液力端的装配关系和零件的结构进行了简要设计和深入了解。 在本次设计中，电脑软件辅助设计在本论文得到充分的体现使用软件画了连杆铜套曲轴零件图和型压裂泵的装配图。 使用软件对泵动力端的主要零件造型，并在工程图里对连杆三维图进行三维转二维，然后把二维图导入进行标注。 使用软件对连杆和曲轴进行有限元分析。 用软件编程分析泵动力端工作载荷及运动规律。 总之，本次的设计历程检阅了大学所掌握的大部分专业知识的内容，进步巩固和补充了理论根基，指导了我今后的工作发展重点，为以后的学习指明了方向。 参考文献魏文杰采油工程北京石油工业出版社陈伟哈利伯顿型压裂泵动力端仿真研究电子图书库西南石油大学阳春，杨志康，郭东国内外石油钻采设备技术水平分析石油工业出版社张国友，冯定，游艇压裂用大功率五缸柱塞泵的研制石油机械大港油田集团钻采工艺研究院国内外钻井与采油新技术中国石化出版社邦烈，李继志石油矿场水力机械石油工业出版社蒋发光型高压注水泵研究电子图书库西南石油大学黄开支基础教程面向工程应用清华大学出版社詹友刚中文野火版高级应用教程机械工业出版社孙莹与之间的数据转换和连接重技术周思柱钻井泵和压缩机曲轴有限元分析的等效外载荷计算方法石油机械博弈创作室经典产品高级分析技术与实例详解北京中国水利水电出版社谭建国使用进行有限元分析北京大学出版社李黎明有限元分析实例教程况计算时，转换到曲轴的曲柄销部位，根据分析计算得出图，曲轴在曲拐旋转到度的时候所受扭矩最大，此时曲柄三受力最大，由程序见附录二计算出此时三个曲拐上的力分别为如表曲柄转角度曲轴受连杆力总力矩曲轴受到的连杆总力矩曲线图图曲轴受力的力矩图表曲轴在最大扭矩情况下曲拐的受力方向方向合力曲拐曲拐曲拐曲拐旋转到度时的运动状况及受力状况如图和。 如图，曲拐旋转到度时，，。 在里确定加载面时，可以根据此和图的曲柄中心坐标曲柄的中心坐标曲柄的中心坐标