140MPa压裂泵液缸强度及寿命预测分析.pdf

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1、2011年第4O卷石油矿场机械第4期第26页OILFIELDEQU1PMENT文章编号：1001—3482(2011)04—0026—03140MPa压裂泵液缸强度及寿命预测分析张磊，梁政，姜华(两南油人学机电工程学院，成都610500)摘要：针对某厂新设计的140MPa高压压裂泵液缸，用ANSYS／ANsYSFE—SAFE有限元分析软件计算出了静力强度及疲劳寿命分布。计算结果显示，液缸在140MPa内压工作载荷下产生的最大VonMises应力为630MPa，位于缸腔与柱塞腔相贯部位拐角处，内腔平均应力<350

2、MPa，液缸整体静强度满足要求。但是在循环载荷冲击作用下，相贯部位拐角处疲劳寿命低，疲劳安全系数不够，短时间内会发生破坏。提出增大相贯部位倒圆角半径，采用自增强等强化处理，可提高液缸使用寿命。关键词：液缸；有限元分析；强度；寿命中图分类号：TE934．202文献标识码：AStrengthandLifeAnalysisof140MPaFluidsPumpEndZHANGLei，LIANGZheng，JIANGHua(CollegeofMechanicalandl~]lectricalEngineering，Sou

3、thv2estPetroleumUniversity，Chengdu610500，China)Abstract：WiththesoftwareAnsys／AnsysFe—Safe，onenewdesignedtypeof140MPafluidspumpendwasanalyzed．Theresultindicatedthatwhenthepumpendwasenduredthepressureof140MPa，themaximumVonMisesstressWaS630MPa，whichWasintheinte

4、rsectingplace．Themeanstressinsidethepumpendwas350MPa，whichshowedthatIhestrengthW3Senough．Butwhenitenduredtherepeatloading，it’Sfatiguelifewasshort，itSsafetyfactorwasinsufficient，itwouldbedestroyedsoon．So，thisdesignwasnotsuitable，itshouldbeoptimizedtoextenditi

5、slife．Keywords：fluidspumpend；finiteelementanalysis；strength；fatiguelife压裂泵是油田注水、压裂、酸化等提高油层产量进设计具有重要的指导意义。本文针对某厂新设计和采收率的重要措施设备，在我国各油田都广泛使的140MPa高压压裂泵液缸进行了有限元强度和用。压裂泵的液力端(液缸)是价格昂贵的易损件，寿命评估，提出了设计的不足之处，为设计改进和加其工作环境恶劣，承受着脉动循环的超高内压作工提供了理论指导。用口]。随着油田超深井、超高压井的不断增多，要

6、求1液缸静强度分析压裂泵的工作压力不断增大，在高压和高排量下阀箱损坏情况日益严重。因此对高压压裂泵液缸进行1．1实体模型有限元强度和寿命计算分析，找出危险截面和疲劳用三维造型软件Pro／E建立的140MPa压裂裂纹扩散方式，对高压压裂泵液缸可靠性评估和改泵液缸三维实体模型如图1。收稿日期：2010—1025作者简介：张磊(1985一)，刃，湖北宜都人，硕士研究生，主要从事石油钻采机械的现代分析与设计，E—mail：zl168555@si筇Ⅱo卷第4张，等：140MPa压裂泵液缸强度及寿命预测分析·27·1．4边

7、界条件基于压裂泵实际结构，约束与动力端连接端面和液缸底部在方向上的位移。1．5载荷施加液缸有2种工况。1)排出工况L阀开启，下阀关闭，吸人腔和排出腔压力都为140MPa。2)吸人工况下阀开启，上阀关闭，吸人腔压1液缸i维实1夺模力接近于零，排出腔压力保持为140MPa。分析计算时取最大值140MPa加载于液缸内1．2材料及性能壁面。螺纹堵头简化为与液缸一体，并简化了螺纹压裂泵液缸材料为34CrNi3MoE，其中E表示根部集中力的影响。由于吸入阀靠锥角自锁于缸体电渣重熔_r艺，典性能参数如表1。上，因此，吸入阀对

8、阀箱的作用力用2个环向集中作用于阀座的水平力F和垂直力F代替，并将其作表134CrNi3MoE性能参数用于阀座与缸体的接触面。1．6计算结果讨论ANSYS计算结果应力云图如图3，最大应力为630MPa，位于缸腔与柱塞腔相贯部位拐角处，有局部应力峰值。内腔平均应力小于350MPa，静强度1．3计算模型满足材料强度要求]，不会使液缸发生破坏。进行液缸有限元强度分析时，应在保证分析精度的前提