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《压裂泵泵阀变形及应力分布规律的有限单元法分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、#∃%&∋∃,第卷第期械(!)&年月!∀压裂泵泵阀变形及应力分布规律的有限单元法分析∗西南石油学院机械系周秋沙周锡容,,作者简介周锡容+年生,−年毕业于成都科技大机械系机制,,。专业现任西南石油学院机械系副教授硕士研究生指导教师长期从事机械设计教学和摩擦学教学、科研工作。提要利,一面锥角的压用有限单元法计算分析了在特定工况下不同阀,指出.阀座通孔孔边径向变形随阀面裂泵阀座的变形和应力及其分布规律“,,锥角的增大而增大/阀面半锥角为,−时最大综合应力最小大于或小于一,,,−
2、针最大综合应力都将增大/阀座上的两个高应力分布区分别位于工作阀面金属接触区,/面向内深入超过0)1)1的区域综合表层和阀座通孔上部表层从阀座通孔表面及工作阀面表应力值一般为23−一2,4∀!5。阀座通孔表层高应力区的发现,表明强化表层以提高阀座整体强度的必要性。.关键词压裂泵泵阀变形应力分布,,7目前压裂泵泵阀的结构各种各样压裂泵泵阀的最重要参数6扛8作阀面锥角的选取也不尽相同&了解和掌握压裂泵泵阀的变形规律和应力分布规律,合理选择泵阀的工作阀面锥角,对于泵阀的设计和研究是至关重要的。目前,有关这方面的研
3、究在国内外都不多见,我们利用有限,,单元法借助于电子计算机计算了在特定工况下不同阀面锥角的泵阀阀座的变形及,找到了,。应力变形及应力的分布规律得到一些有价值的结论一、有限元计算前的准备&计算工况的确定,有限元计算涉及的原始工况是泵压利用这个工况参数可以确定出有限元计算所必需的原,。始载荷即阀盘与阀座配合表面的接触应力这里选取的工况是四川地区加砂压裂施工时,。常用的压力9:4∀!5;该压力高于全国其它各油田所使用的压力,,土况选定后利用计算往复泵泵阀阀面应力的方法动载系数法山代人4!<一=−,—,。(>
4、:压裂泵的有关尺寸和参数得到了不同锥角的阀面接触应力值见下表,计算应力时.9;泵阀的外径及孔径不变/认为载荷完全92;不考虑橡胶圈的分载作用,、。由配合面金属接触部分承担这样做偏于安全/9+;凡只及日如图所示∗周秋沙同志简介见本刊年第期石油机械第卷不同半锥角的阀面接触应力、33−33,−,3?−?3嗽羚之几2,−+−3++−2?3=3!,2,−23,22,?+−32&坐标系的选取,,压裂泵泵阀阀座的结构对称于回转轴如图所示其所,。受的载荷也对称于该回转轴因而它属于轴对称
5、问题若建立,,)口2−轴面坐标系≅并让轴与阀的回转轴重合则阀上、,)和≅坐标值有关而与该点任一点的应力位移只与该点的。,的−坐标值无关因此只需讨论坐标平面)口≅上的阀截面部分。建立的坐标系如图2所示。+&单元的选取Α2Β图阀座结构简图用,,有限单元法解轴对称问题一般选取整环单元环单元的截面可以是三角形、矩形、四边形等。这里选用四边形八节,也&点整环单元叫八节点等参整环单元利用八节点等参单元的性,、,质可以写出单元上任一点的应力应变表达式进而可以列出表征弹性体位移与载荷之间关系的刚度方程。限于篇,。幅此处
6、就不列出&边界条件的处理有限元计算的中心任务之一就是求解由刚度方程6Δ〔叼Χ科图2坐标系示意图Χ玛,,然。所表示的大型线性方程组得到节点位移后由应力与节点位移的关系求出应力刚度方程,Ε,Γ,占。由刚度矩中ΧΦ是节点载荷列阵【」是弹性体整体刚度矩阵ΧΦ是节点位移列阵,,,阵的性质可知直接组装的刚度矩阵【Γ〕是个奇异矩阵其逆阵不存在因而必须利用边界条一,。,正件消除刚度矩阵的奇异性才能解出上述方程所以确地确定泵阀的边界约束条件是极其重要的。从阀座的实际制造、安装及使用情况看,阀座的外锥面起着定位、承载和密封的
7、多重作用,而台阶面实际上不起承,,载作用台阶面与阀箱孔端面始终存在一间隙△如图+。,ΦΦ所示在边界条件的处理中把工作后阀座的最终到位状态作为计算的初始状态,再考虑到阀箱孔锥面有很高的硬,工,度作中不发生变形这样便得到有限元计算的位移边界,,,条件在阀座外锥面上的各节点处.Η“4Ι二4“和Ι分别图+阀座装配简图表示节点的径向位移和轴向位移。,绝,,。事实上对刚性的物体是没有的但这样处理后可使计算大为简化第期压裂泵泵阀变形及应力分布规律的有限单元法分析3&单元的划分及积分点由于阀座,轴截面尺寸不大同时又采用了
8、精度较高的八节点等,因,参元而在保证精度的前提下可以少分一些单元故采用人工划分单元的方法。,需用到。在计算机处理时高斯积先必须定出高斯积分点个数,,由于单元尺寸较小所以采用+ϑ+高斯积分法即在每个单元中,&取+ϑ+Δ个积分点这是一种经济实用的常用方法计算应力时,,每个单元可得到个点的应力值若求单元上任意一点处的应力,。可采用牛顿抛物线插值函数来处理,&计算机程序框图计算机程序框图如图所示。、图计算机程序框图二计算结果及结论
