柱塞泵泵头体有限元分析及结构优化.pdf

2008年第37卷

第10期第4O页石油矿场机械

OILFIELDEQU1PMENT

文章编号：1001-3482(2008)10—0040—03

柱塞泵泵头体有限元分析及结构优化

黄天成，周思柱，吕伦，张慢来

(1．长江大学机械工程学院，湖北荆州434023；2．中原石油勘探局钻井一公司，河南濮阳457001)

摘要：对某柱塞泵泵头体进行了三维有限元分析，获得了泵头体的应力分布规律，并应用ANSYS

软件对泵头体的结构进行了优化，为类似的壳体零件的优化设计提供了依据。

关键词：柱塞泵；泵头；应力分析；有限元方法

中图分类号：TE934．2文献标识码：A

FiniteElementAnalysisandOptimumStructureoftheFluidEndofPlungerPump

HUANGTian—cheng，ZHOUSi—zhu，LOLun，ZHANGMan—lai

(1．CollegeofMechanicalEngineering，YangtzeUniversity，Jingzhou434023，China；

2．No．1DrillingCompanyofZPEB，Puyang457001．(ina)

Abstract：Thefluidendoftheplungerpumpwasanalyzedwiththree—dimensionalfiniteelement

method，andthedistributionlawofstressatthefluidendwasobtained．Thestructureoffluid

endwasoptimized．Itcanbeusedinoptimumdesignofothertypesofshellpart．

Keywords：plungerpump；fluidend；stressanalysis；finiteelementmethod

柱塞泵是石油矿场机械中的重要设备，一般应通，而吸入腔和各个缸的柱塞腔相贯。

用于酸化、固井、压裂、封井等间断性作业中，而泵头

体则是柱塞泵液力端一个极其重要的部件。因此，

对泵头体进行应力分析，找出其应力分布情况和危

险部位，对改进泵头体的设计，降低应力峰值，提高

泵的运转可靠性和使用寿命意义重大。

由于泵头体的结构比较复杂，无法采用解析法

根据常规的强度条件进行分析，因此采用有限元法

对其进行分析。

1有限元分析

1．1有限元模型

泵头体材料38CrNi2MoVA，≥850MPa，弹

性模量E一210GPa，泊松比一0．285，额定工作压图l泵头体结构

力44．3MPa。

图1为某柱塞泵泵头体结构，由3个缸组成，每由于3个缸体的结构尺寸完全相同，1个缸单

个缸有1个缸腔和1个柱塞腔，3个缸的排出腔相独受压时的应力值与相邻2个缸同时受压时的应力

收稿日期：2008一O1—24

基金项目：长江大学科研启动基金项目(801140010110)

作者简介：黄天成(1979一)，男，湖北蕲春人，讲师，主要从事石油机械的教学和科研工作．huangtch@126．corn。

第37卷第1O期黄天成，等：柱塞泵泵头体有限元分析及结构优化

值差别很小，且偏于安全，因此分析计算时取单通常为工作压力的1．5倍。泵头体有2种工况：一

缸作为研究对象，根据单缸模型的对称性，取单缸的种是吸人工况，吸人阀开启，排出阀关闭，吸入腔压

l／2(如图2)作为分析对象。力接近于零，即P一0，排出腔压力保持为66．45