140MPa压裂泵曲轴疲劳寿命有限元分析.pdf

《140MPa压裂泵曲轴疲劳寿命有限元分析.pdf》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、２０１５年第４４卷石油矿场机械第２期第６８页犗犐犔犉犐犈犔犇犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０１５，４４（２）：６８７１文章编号：１００１３４８２（２０１５）０２００６８０４１４０犕犘犪压裂泵曲轴疲劳寿命有限元分析高媛１，单东升２，李文亮１，王红玲１（１．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连１１６０２４；２．北方重工集团有限公司，沈阳１１０１４１）摘要：压裂泵曲轴在压裂工况下受到周期性变化的复杂载荷作用，其疲劳寿命分析为设计主要问题。建立１４０ＭＰａ五缸压裂泵曲轴精细

2、化模型，根据实际受载工况进行约束及载荷分布的合理等效，应用ＡＮＳＹＳ软件对曲轴工作周期内多位置工况进行有限元静力分析，得到相应曲轴应力分析结果。采用专业的疲劳分析软件ＦＥＳＡＦＥ，通过合理提取曲轴序列静力分析结果确定载荷谱，进行疲劳寿命、疲劳安全系数计算，实现曲轴疲劳寿命定量分析。为压裂泵优化设计提供理论依据。关键词：压裂泵；曲轴；疲劳强度；有限元分析中图分类号：ＴＥ９３４．２０２文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３４８２．２０１５．０２．０１５犉犪狋犻犵狌犲犔犻犳犲犃狀犪犾狔狊犻狊狅狀犆狉犪狀犽狊犺犪犳狋狅犳１４０犕犘犪犉狉犪犮

3、狋狌狉犻狀犵犘狌犿狆１，ＳＨＡＮＤｏｎｇｓｈｅｎｇ２，ＬＩＷｅｎｌｉａｎｇ１，ＷＡＮＧＨｏｎｇｌｉｎｇ１ＧＡＯＹｕａｎ（１．犛犮犺狅狅犾狅犳犕犲犮犺犪狀犻犮犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犇犪犾犻犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犇犪犾犻犪狀１１６０２４，犆犺犻狀犪；２．犖狅狉狋犺犲狉狀犎犲犪狏狔犐狀犱狌狊狋狉犻犲狊犌狉狅狌狆犆狅．，犔狋犱．，犛犺犲狀狔犪狀犵１１０１４１，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｕｍｐｃｒａｎｋｓｈａｆｔｗｏｒｋｓｕｎｄｅｒｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｃｈａｎｇｉｎｇｌｏａｄｓｉｎｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｃ

4、ｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅａｎａｌｙｓｉｓｉｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｆｏｒｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｕｍｐｄｅｓｉｇｎ．Ａｃｃｕｒａｔｅｍｏｄｅｌｏｆ１４０ＭＰａｑｕｉｎｔｕｐｌｅｃｙｌｉｎｄｅｒｓｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｕｍｐｃｒａｎｋｓｈａｆｔｉｓｂｕｉｌｔ．Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓａｎｄｌｏａｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｓｔａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｕｎｄｅｒｍｕｌｔｉｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｄ

5、ｕｒｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｅｒｉｏｄｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳ．Ｒｅａｓｏｎａｂｌｙｅｘｔｒａｃｔａｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｓｔａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｔｏｄｅｆｉｎｅｔｈｅｌｏａｄｓｐｅｃｔｒｕｍ．ＦａｔｉｇｕｅｌｉｆｅａｎｄｆａｔｉｇｕｅｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｆａｔｉｇｕｅａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＦＥＳＡＦＥ．Ｔｈ

6、ｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｃｒａｎｋｓｈａｆｔｉｓｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｕｍｐ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｕｍｐ；ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ；ｆａｔｉｇｕｅｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ五缸压裂泵动力端由齿轮机构、曲柄连杆机构弹塑性变形，进而产生裂纹直至断裂。因此，曲轴的及机体构成，如图１所示。曲轴是压裂泵的关键部疲劳分析是压裂泵设计工作必须关注的重要问题。件，在压裂

7、泵工作过程中曲轴在输入转矩作用下，将国内已有学者运用有限元分析法对五缸单作用压裂运动及动力通过连杆传递到往复运动的柱塞，柱塞泵曲轴进行强度分析，并且运用经典疲劳分析方法［１］承受周期变化的高压液体作用。因此，曲轴承受输计算曲轴疲劳安全系数并校核曲轴疲劳强度。但入转矩、轴承座支承力、连杆作用力等多种载荷作是，没有进行压裂泵曲轴疲劳寿命定量分析工作。用，这些工作中不断变化的复杂载荷将使曲轴发生本文针对某型号１４０ＭＰａ五缸压裂泵的曲轴模型收稿日期：２０１４０８０１基金项目：辽宁省科技创新重大专项（２０１３０３００３）作者简介：高媛（１９６４），女，辽宁鞍山人

8、，教授，主要从机械数字化设计研究工作，