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F_1600H型高压泥浆泵L型液缸有限元分析
文章编号:1001-3482(2013)01-0042-05F-1600H型高压泥浆泵L型液缸有限元分析陈云龙①(兰州兰石国民油井石油工程有限公司,兰州730050)摘要:在深井钻探过程中,为满足51.7MPa(7500psi)的泥浆注入压力,设计了F-1600H型泥浆泵L型液缸。通过工程分析软件Solideworks和ANSYS,对L型液缸的吸入缸和排出缸的承载能力进行有限元分析,得到吸入缸和排出缸的最大等效应力、最大主应力、最小主应力及第二主应力,并得出各个应力最大值所在的位置。分析结果表明:吸入缸和排出缸在51.7MPa(7500psi)的工作压力下是安全可靠的。关键词:高压泥浆泵;L型液缸;等效应力;有限元分析中图分类号:TE926文献标识码:AFiniteElementAnalysisonFluidEndModuleLofF-1600HHighPressureMudPumpCHENYun-long(LanzhouLS-NationalOilwellPetroleumEngineeringCo.,Ltd.,Lanzhou730050,China)Abstract:ForhighpressuremudpumpofF-1600Hworkat51.7MPa(7500psi),thisnewtypeoffluidendmoduleLwasdesigned,It’sobjectmeetsmoredeeppetroleumdrilling.ThisarticleprovidesthestrengthanalysisonfluidendmoduleLofF-1600Hhighpressuremudpump,withsoftwareofSolideworksandANSYSused,theequivalentstresswasobtained.TheanalysisresultshowsthatthismoduleLwassafeworkunderhighpressureof51.7MPa(7500psi).Keywords:highpressuremudpump;fluidendmoduleL;equivalentstress;finiteelementanalysis液缸是泥浆泵液力端的主要组成部分,是整台泥浆泵承受泥浆压力的关键零件,反映其性能的指标是它所承受压力的大小,其作用是将常压下的泥浆吸入,再把泥浆以一定的压力送入高压管汇,最后进入井底用以实现携带岩屑等的一系列功能[1-2]。液缸可以看作是一个内腔具有较复杂形状的压力容器,而用常规的压力容器计算方法很难准确地计算出其应力的大小以及应力集中的部位。因此,本文应用工程分析软件Solideworks和ANSYS对1176.8kW(1600hp)下的L型液缸进行压力试验工况下的有限元分析,对液缸的结构设计来说,是十分有必要的。[3-6]有限元模型的建立1模型假设和简化1.11)首先对原有的设计方案建立完整的几何模型,为了减少有限元的计算量也便于观察计算结果,本次计算对整体模型进行了1/2对称模型的分析计算。2)对于螺栓孔的孔口倒角及零件内部腔室的有些倒角、倒圆,在对计算结果影响很微小的情况下,在建模时作了简化处理。3)模型上的螺纹孔都作了同规格光孔的简化①收稿日期:2012-07-13作者简介:陈云龙(1977-),男,甘肃白银人,工程师,主要从事石油矿场机械的设计与研究工作,E-mail:chenyunlong_2002@163.com。第42卷第1期陈云龙:F-1600H型高压泥浆泵L型液缸有限元分析·43·处理。吸入缸阀座孔部位的载荷计算1.3.11)吸入缸在水压试验时是用特殊工装将阀座网格划分本次计算使用的软件为1.2孔和其他的几个出口封堵之后加压,阀座孔部位的受力分析如图3所示。ANSYSWORK-BENCH,在有限元网格划分时,实体体素被划分成形函数为二次高阶四面体或六面体单元。网格的节点和单元参与有限元求解,采用软件默认的整体网格自由剖分,Relevance的值选择0~100,选择100即网格的剖分密度最高,计算的结果也更为精确。经过计算机网格剖分,吸入缸的节点数为59432,单元数为40597;排出缸的节点数为36028,单元数为24212。经过网格剖分后的有限元模型如图1~2所示。图3阀座孔部位受力分析如图3所示,截面A-A阀板工装上的力在铅直方向的平衡方程为图1吸入液缸模型2(Nsinα+Nfcosα)=F(1)式中:N为阀座侧面的法向正压力;f为摩擦因数,取f
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