ZY3NB2200往復(fù)式鉆井泵優(yōu)化設(shè)計(jì)與虛擬仿真研究.pdf

1、鉆井泵有鉆機(jī)“心臟”之稱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造工藝難度大。ZY3NB2200鉆井泵是為滿足我國(guó)日益發(fā)展的鉆井技術(shù)的需要而研制和開(kāi)發(fā)的一種新型大功率往復(fù)式鉆井泵。
　　 本文重點(diǎn)針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)大功率鉆井泵的迫切需求及2200馬力鉆井泵在國(guó)內(nèi)仍為空白的現(xiàn)狀，在借鑒前人大量研究成果的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)知識(shí)以及計(jì)算機(jī)軟件，通過(guò)理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬等手段，對(duì)大功率鉆井泵及其關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真分析研究，并根據(jù)仿真和分析結(jié)果對(duì)ZY3NB

2、22000大功率鉆井泵的設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。
　　 首先，通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)及有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，總結(jié)出ZY3NB2200鉆井泵各個(gè)系統(tǒng)及主要部件的設(shè)計(jì)方案和計(jì)算理論，并根據(jù)基本計(jì)算理論分析了鉆井泵的壓力、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系、鉆井泵動(dòng)力端的受力及曲軸強(qiáng)度等，為有限元數(shù)值模擬提供了依據(jù)。
　　 其次，研究過(guò)程中運(yùn)用了虛擬樣機(jī)技術(shù)，建立了ZY3NB2200鉆井泵各系統(tǒng)及主要零部件的三維實(shí)體模型，進(jìn)而開(kāi)展泵運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真分析并對(duì)虛擬

3、樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析等，對(duì)ZY3NB2200鉆井泵的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面評(píng)估。針對(duì)ZY3NB2200鉆井泵結(jié)構(gòu)和受力復(fù)雜的特點(diǎn)，利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)ZY3NB2200鉆井泵動(dòng)力端和液力端等關(guān)鍵部件進(jìn)行靜力分析，驗(yàn)證其靜力強(qiáng)度；在工作壓力下對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行疲勞分析，驗(yàn)證疲勞壽命要求；對(duì)鉆井泵動(dòng)力端的關(guān)鍵部件進(jìn)行模態(tài)及諧響應(yīng)分析，計(jì)算關(guān)鍵部件的固有頻率和振型，通過(guò)諧響應(yīng)分析找出了容易發(fā)生共振的頻率段及共振型態(tài)，為鉆井泵的動(dòng)力設(shè)計(jì)及校核

4、提供了依據(jù)。
　　 再次，建立了ZY3NB2200鉆井泵液力端流體的運(yùn)動(dòng)模型，應(yīng)用CFD、FLUENT軟件對(duì)液力端流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及泵閥工作機(jī)理進(jìn)行了仿真分析。研究了液力端結(jié)構(gòu)對(duì)于輸出流體壓力波動(dòng)及液力端易損件壽命的影響，并對(duì)液力端結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得ZY3NB2200鉆井泵具有良好的輸出性能，延長(zhǎng)易損件的使用壽命。
　　 最后，對(duì)泵閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)泵閥的主要結(jié)構(gòu)尺寸、提高泵閥使用壽命的目的。建立了往