Ls-Dyna的压裂泵泵阀强度分析.pdf

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1、2011年第40卷石油矿场机械第5期第5O页OILFIELDEQUIPMENT2011，4O(5)：5O～52文章编号：1001—3482(2O11)05-0050—03基于Ansys／Ls—Dyna的压裂泵泵阀强度分析吴高峰，周思柱，王峻乔，吴汉川(1．长江大学机械工程学院，湖北荆州434023；2．中国石化集团江汉石油管理局第四石油机械厂，湖北荆州434023)摘要：泵阀是压裂泵中最重要的易损部件之一，其强度关系到压裂泵的工作特性。运用Ansys有限元分析软件中Ls—Dyna模块，模拟100MPa高压环境下阀盘以一定速度冲击阀座的整

2、个过程，对泵阀进行静力以及显示动力下应力、应变分析，找出泵阀的失效原因，为改进泵阀提供了理论依据。关键词：压裂泵；泵阀；Ansys／IS—Dyna；静力分析；动力分析中图分类号：TE934．202文献标识码：AStrengthAnalysisofFracturingPumpValveBasedonAnsys／Ls—DynaWUGao—feng，ZHOUSi—zhu，WANGJun—qiao。，WUHan-chuan(1．CollegeofMechanicalEngineering，YangtzeUniversity，Jingzhou43

3、4023，China；2．S5PetroleumMachineryCo．，Sinopec，Jingzhou434023，China)Abstract：Fracturingpumpvalvewasthemostimportantwearingparts；thestrengthofpumpvalvewasdirectlyrelatedtoworkingcharacteristicsoffracturingpumpvalve．WiththeLs—DynamoduleofAnsysfiniteelementanalysissoftware，th

4、ewholeimpactprocessinwhichthevalvediscwasimpactingtheseatin100Mpahighpressureenvironmentwassimulated，thestaticanddynamicstress-strainofpumpvalvewasanalyzedandthefailurecauseoffracturingpumpvalvewasfound，thentheoryfoundationwasprovidedforprolongingtheservicelifeoffracturi

5、ngpumpvalve．Keywords：fracturingpump；valve；Ansys／Ls—Dyna；staticanalysis；dynamicanalysis高压是压裂泵不同于钻井泵的重要方面。某地受到重力G、弹簧拉力F，和液体的压力差作用力区4000m井深要求压裂泵工作压力100～140F一F，由力学平衡原理可知MPa，导致泵阀难以完成一次作业(2．5h)就损FFP—F1一F2+G—F坏¨1。]。本文采用Ansys／lS—Dyna软件对泵阀关闭式中，F为阀盘受力，N。过程进行静力和显示动力分析，分析了泵阀在高压1．2建立

6、分析模型条件下的承载能力，找出失效原因，为提高泵阀使用泵阀在关闭的状态之下，阀盘工作面与阀座工寿命提供了理论基础。作面接触，是典型的接触问题。因此，泵阀工作面的应力、应变是分析重点。为使分析结论更接近实际】静力分析的恶劣工况，在此没有考虑橡胶密封圈。阀盘在不1．1结构及受力考虑导向爪时，其结构和受载均是对称的，所以取泵压裂泵泵阀结构如图1。当泵阀关闭后，阀盘阀的1／4结构进行分析。建立的分析模型如收稿日期：2010-08—03基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目“2500HP大型数控成套压裂装备研制”(2009AA0636

7、01)资助作者简介：吴高峰(1986一)，男，江西萍乡人，硕士研究生，研究方向是机械结构与强度。第4O卷第5期吴高峰，等：基于Ansys／Ls—Dyna的压裂泵泵阀强度分析·51·图2～3。材料参数如表1。行分析，阀盘、阀座变形如图4，应力云图如图5。图1压裂泵泵阀结构表1某压裂泵泵阀材料参数图4阀盘和阀座变形云图53034．874E+．175E．262E+549E+437E+08l31E++0921BE+O9306E+09393E+08O9090909图5阀盘和阀座应力云图2显示动力分析2．1理论基础Is—Dyna采用中心差分法来进行

8、时间积分，图2阀盘和阀座有限元模型在已知1，⋯，t时间步的情况下，求解t+时问步的解，运动方程为MU(t)一P(t)一F(t)+H(t)一(t)式中，M为集中质量矩阵；为节点加速度列阵；为节点速度列阵；P(