【摘要】：隨著我國改革開放的進(jìn)行,我國對石油等能源需求也越來越大。在開采油氣的設(shè)備中,最為核心的便是能夠?qū)崿F(xiàn)對液體加壓的壓裂泵,國外已經(jīng)研制出性能更好的七缸泵,而國內(nèi)的油氣開發(fā)已有逐步向地層深、低滲透等環(huán)境更加惡劣的地區(qū)推進(jìn)。因此,我國的壓裂泵研發(fā)十分急切的需要向更大功率和排量的七缸壓裂泵發(fā)展,以提高開采的效率并降低其成本。本文通過查閱國內(nèi)外有關(guān)于壓裂泵動力端的設(shè)計及性能研究相關(guān)文獻(xiàn),明確學(xué)者及工程師們主要的研究內(nèi)容和研究方法,以及目前我國設(shè)計生產(chǎn)的壓裂泵在實(shí)際的油氣開發(fā)中遇到的問題,以運(yùn)用到七缸泵動力端的動力分析及其關(guān)鍵優(yōu)化論文的研究上。為了改善泵的吸排性能及受力情況,本文提出了七缸泵曲軸的曲柄初相角布置優(yōu)選,并對曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計,通過三維造型設(shè)計確定其幾何參數(shù)及物性參數(shù),進(jìn)而為七缸泵動力端的動力分析建立動力平衡方程并求解提供數(shù)據(jù)支持,從而得到了隨著曲軸旋轉(zhuǎn)過程中各個零部件所受力大小的變化規(guī)律;其次由于缸數(shù)增加使得曲軸長度相應(yīng)的增加,為滿足曲軸的支承強(qiáng)度務(wù)必需要增加曲軸主支承數(shù)量,如此便需要成倍的提高加工精度與成本。為減少曲軸主支承數(shù)量以降低加工精度與成本,便提出了曲軸主支承數(shù)量的優(yōu)化方法。主要研究內(nèi)容及其研究方法如下:1)七缸泵曲軸的曲柄初相角布置優(yōu)選:為了改善吸入和壓出過程斷流沉沙、流量波動等問題,以及汽蝕現(xiàn)象�；跀嗔鲿r間、流量波動及曲軸受力三個方面提出了對七缸往復(fù)泵曲柄布置的優(yōu)選設(shè)計方案。通過吸入管匯流量分析,確定零瞬時流量持續(xù)時間短的曲柄初相角組合方案;通過分析曲軸所受彎矩優(yōu)化曲柄布置方案。最終得到了流量脈動幅值小、慣性水頭損失小且曲軸受力良好的四種布置方案,從而:(1)有效的改善了斷流沉沙和汽蝕問題;(2)降低了七缸往復(fù)泵的流量脈動幅值,從而減小了慣性水頭損失;(3)改善了曲軸的受力,從而可提高七缸往復(fù)泵工作的使用壽命和可靠性;2)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計:根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)和往復(fù)泵設(shè)計手冊,參考五缸泵的設(shè)計規(guī)范,根據(jù)曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則,選定相關(guān)參數(shù)并確定了最大連桿負(fù)載;根據(jù)往復(fù)泵設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)公式,初步確定了曲軸、連桿及十字頭的的主要尺寸并完成了其強(qiáng)度校核。3)七缸泵動力端的動力分析:根據(jù)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計所得的結(jié)構(gòu)尺寸和材料參數(shù),通過UG三維造型軟件進(jìn)行三維設(shè)計以確定其幾何參數(shù),從而確定其質(zhì)量;首先對七缸泵動力端的連桿和十字頭機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動分析,以得到連桿、十字頭隨著曲軸轉(zhuǎn)動的相關(guān)運(yùn)動特性;其次對十字頭和連桿進(jìn)行受力分析,建立動力平衡方程組并求解以得到連桿、十字頭所承受的各個作用力;最后分析得出曲軸的受力情況。4)曲軸主支承數(shù)量及連桿體結(jié)構(gòu)優(yōu)化:應(yīng)用有限元軟件ANSYS workbench對曲軸主支承數(shù)量進(jìn)行仿真優(yōu)化,通過對主支承數(shù)量及其布置方式的探討,確定主支承方案;然后對不同方案曲軸的應(yīng)力及變形分析,通過理論分析曲軸的應(yīng)力及彎矩與曲軸的結(jié)構(gòu)仿真相結(jié)合的方法對主支承數(shù)量方案進(jìn)行了優(yōu)化;為了獲得符合強(qiáng)度剛度要求、重量輕且結(jié)構(gòu)合理的連桿外形及其截面尺寸,借助ANSYS workbench對連桿體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本文所得主要結(jié)論:(1)得到了吸入性能較好且曲軸所受彎矩最大值最小的四種曲柄初相角布置方案:(2)得到了連桿、十字頭的速度、加速度隨曲軸相位角的變化的運(yùn)動規(guī)律、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)及曲軸所受的作用力隨著曲軸相位角增加的變化規(guī)律;(3)在滿足曲軸強(qiáng)度和剛度設(shè)計要求的前提下,得到了對曲軸材料及加工精度的要求相對較低且支承數(shù)量最少的六支點(diǎn)支承方案;(4)從消除應(yīng)力集中和減輕重量對連桿體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,最終得出了應(yīng)力峰值最小、重量較輕的連桿體外形結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE934.2
【圖文】：

1-動力端總成、2-液力端總成圖 1-1 壓裂泵主要結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1-1 Schematic diagram of the main structure of the fracturing pump1.2 壓裂泵國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀 壓裂泵國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

6圖 1-2 SQP2800 型臥式五缸泵動力端Figure 1-2 SQP2800 horizontal five-cylinder pump power end

圖 2-1 吸入管匯示意圖Figure 2-1 Schematic diagram of the suction manifold如圖所示#1， # 2， … ，# 7分別為對應(yīng)液缸編號，根據(jù)往復(fù)泵曲柄的分布位置，將吸入管匯分為 8 個斷面1-1,2-2， … ,8-8。七缸泵的七個曲柄及匹配液缸所對應(yīng)的初相角為=1), 1,2, ,7iθi i° = 360（,各液缸對應(yīng)的曲柄初相角不同，各液缸的吸排狀態(tài)不

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐祥;李詠雪;孫志輝;郭萍;劉海博;;尿動力分析儀的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析[J];醫(yī)療衛(wèi)生裝備;2015年06期

2 吳昀霖;;推進(jìn)基層協(xié)商民主的動力分析[J];長江叢刊;2019年15期

3 蘭振凱;劉敏珊;;動態(tài)有限單元法對摩托車剛架的動力分析[J];鄭州工學(xué)院學(xué)報;1987年02期

4 方敦;戴淑清;周鵬華;;電機(jī)式牽拉卷取裝置的動力分析[J];針織工業(yè);1987年04期

5 T.Yagawa;M.wieland;祁建華;;重力壩-地基體系的簡化地震分析[J];世界地震工程;1987年04期

6 劉興業(yè);邊界元法解彈性動力學(xué)問題[J];地震工程與工程振動;1988年04期

7 顧淦臣,張振國;鋼筋混凝土面板堆石壩三維非線性有限元動力分析[J];水力發(fā)電學(xué)報;1988年01期

8 郭佩玖,胡成;粉煤灰的動力特性及動力分析[J];巖土工程學(xué)報;1988年05期

9 曾子平,黃田,J.F.Hamilton;拉格朗日乘子法在加筋圓板動力分析中的應(yīng)用[J];天津大學(xué)學(xué)報;1988年01期

10 曾德順,翁智遠(yuǎn);樣條配點(diǎn)法在厚板動力分析中的應(yīng)用[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報;1988年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 周廣利;白若陽;;導(dǎo)管架平臺的動力分析[A];北京力學(xué)學(xué)會第12屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2006年

2 秦家長;羅奇峰;;增量動力分析在地震工程中的應(yīng)用[A];中國地震學(xué)會第11次學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

3 陸念力;蘭朋;金奕山;;彈性連桿機(jī)構(gòu)動力分析的一種新方法[A];中國工程機(jī)械學(xué)會2003年年會論文集[C];2003年

4 張傳立;侯作富;周思柱;;用有限元法對抽油機(jī)進(jìn)行彈性動力分析[A];第六屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第一卷）[C];1997年

5 呂大剛;于曉輝;王光遠(yuǎn);;單地震動記錄隨機(jī)增量動力分析[A];第18屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集第Ⅲ冊[C];2009年

6 周英武;;摩擦阻尼器減震的動力分析及優(yōu)化設(shè)計[A];第十三屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅲ冊）[C];2004年

7 沈成康;盧文達(dá);葉謀仁;翁智遠(yuǎn);;復(fù)雜墻板結(jié)構(gòu)在集中沖擊荷載下的動力分析[A];第五屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第二卷）[C];1996年

8 丁志娟;甘明;;亞運(yùn)會諸場館的動力分析[A];第五屆空間結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];1990年

9 王金海;黃宗明;;平面桿系結(jié)構(gòu)彈塑性直接動力分析及其程序[A];中國土木工程學(xué)會計算機(jī)應(yīng)用學(xué)會學(xué)術(shù)報告會論文集（4）[C];1989年

10 蔡元奇;段克讓;黃光明;代益華;;壩—基礎(chǔ)相互作用的動力分析[A];第七屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅲ卷）[C];1998年

相關(guān)重要報紙文章 前7條

1 孟然;黨員學(xué)習(xí)的需求與動力分析[N];組織人事報;2016年

2 朱彤;基礎(chǔ)電信業(yè)增長動力分析[N];人民郵電;2013年

3 廣西社會科學(xué)院東南亞研究所常務(wù)副所長、副研究員 農(nóng)立夫;推動中越貿(mào)易快速發(fā)展的動力分析[N];廣西日報;2011年

4 天津社會科學(xué)院研究員 張利民;我國近代城市發(fā)展動力分析[N];人民日報;2014年

5 張牧涵;今年國際金價上行動力分析[N];市場報;2007年

6 發(fā)展規(guī)劃司 韓柯子　劉春雨;新常態(tài)下西部經(jīng)濟(jì)增長新動力分析[N];中國改革報;2015年

7 王克修;鐵路運(yùn)輸對區(qū)域經(jīng)濟(jì)的帶動力分析[N];中國信息報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 徐文濤;車輛與道路/橋梁耦合隨機(jī)動力分析及優(yōu)化[D];大連理工大學(xué);2010年

2 程浩;裂紋問題的空間變換理論及其在數(shù)值計算中的應(yīng)用[D];重慶大學(xué);2016年

3 王興剛;深海浮式結(jié)構(gòu)物與其系泊纜索的耦合動力分析[D];大連理工大學(xué);2011年

4 李剛;采煤擾動下尾礦壩穩(wěn)定性分析及動力響應(yīng)研究[D];北京科技大學(xué);2017年

5 魏永祥;不確定參數(shù)機(jī)構(gòu)動力分析與動力可靠性優(yōu)化[D];西安電子科技大學(xué);2011年

6 郭靖;地下結(jié)構(gòu)動力變形分析及其對地表建筑地震響應(yīng)的影響研究[D];大連理工大學(xué);2013年

7 喻瑩;基于有限質(zhì)點(diǎn)法的空間鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌破壞研究[D];浙江大學(xué);2010年

8 王德才;基于能量分析的地震動輸入選擇及能量譜研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2010年

9 王新岐;斜拉橋破損診斷技術(shù)的研究[D];天津大學(xué);2003年

10 門妮;汶川地震背后山滑坡穩(wěn)定性與動力響應(yīng)分析[D];中國地震局工程力學(xué)研究所;2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 馬良豐;七缸泵動力端的動力分析及其關(guān)鍵件優(yōu)化[D];長江大學(xué);2019年

2 王寶輝;大型燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)動力分析及設(shè)備隔振性能研究[D];武漢理工大學(xué);2017年

3 呂園園;施工人員行走荷載作用下腳手架的動力分析[D];北京交通大學(xué);2017年

4 梅巋;高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)彈塑性動力分析[D];武漢理工大學(xué);2011年

5 鄧小山;高聳升船機(jī)結(jié)構(gòu)三維有限元動力分析[D];昆明理工大學(xué);2011年

6 夏露;海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在風(fēng)浪作用下的動力分析與疲勞分析[D];大連理工大學(xué);2012年

7 徐玉野;摩擦耗能框架彈塑性動力分析與應(yīng)用[D];華僑大學(xué);2003年

8 趙飛翔;大型立式儲液罐動力分析有限元程序開發(fā)與實(shí)現(xiàn)[D];大連海事大學(xué);2016年

9 趙君龍;深水張力腿平臺系泊系統(tǒng)耦合動力分析[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

10 朱俊飛;導(dǎo)管螺旋槳水動力分析與優(yōu)化研究[D];武漢理工大學(xué);2013年

本文編號：2790999