基于ANSYS的钻井泵泵阀有限元分析.pdf

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1、应用与试验·机械研究与应用·基于ANSYS的钻井泵泵阀有限元分析12113蔡荣，郝星，蔚海文，刘洋，姜海翔蔡荣，蔚海文，姜海翔（1.西南石油大学机电工程学院，四川成都610500；2.中国石油西气东输管道（销售）公司，上海200122(I．西南石油大学，四川成都610500；2．荆楚理工学院，湖北荆门448000)3.荆楚理工学院，湖北荆门448000）摘要：运用ANSYS对BFT001新型钻井泵泵阀的带筋阀座进行了三维有限元分析。结果表明，改进的泵阀阀座具有较好的稳定性；在泵阀小端面接近内锥面处，

2、应力变形最大；阀座外锥面底部边缘的应力较大；中间阀盘的底部轴孔边缘也有很大的应力集中。关键词：钻井泵；泵阅；有限元；应力分析中图分类号：TH3文献标识码：A文章编号：1007—4414(2011)06—0049—02FiniteelementanalysisofthepumpvalvesindrillingpumpsbasedonANSYSCaiRong，YuHai-wen，JiangHai-xiang2((1．Southwestpetroleumuniversity，ChengduS&huan61

3、0500，China；2．Jingchuuniveniqoftechnology，JingmenHubei448000，China)Abstract：BasedonANSYS．three-dimensionalfiniteelementanalysisisdoneforBF700InewvalveseatwithribsofdriUingpumps．Theresultsindicatethattheimprovedvalveseathasagoodstability．Intheinnerconeat

4、thesmallendsurfaceofthevalvenear。theSLrCSSdeformationismaximum．Outsidethecofieatthebottomedgeoftheseathashigherstress．Thebottomaxialholeedgeofintermediatevalvediskalsohasagreatstressconcentration．Keywords：drillingpump；pumpvalve；finiteelementanalysis；st

5、ressanalysis压力和阀杆导向架施加的挤压力，在分析过程中，通1建立模型过建立阀座有限元三维网格模型，如图2所示。泵阀是钻井泵中的关键部件，也是易损件，使用寿命较低，目前对泵阀的失效分析和动力学方程等方面的研究很多，但很少涉及泵阀的三维应力变形分◎析。采用ANSYS程序对BF700I新型钻井泵泵阀的带筋阀座进行分析，以了解掌握泵阀的应力分布和图1泵阀阀座的结构图图2阀座有限元网格模型图变形规律，优化泵阀结构，增强其密封性能，提高泵阀的使用寿命¨．2J。经对阀座模型的ANSYS有限元计算，找出

6、阀座建模时，泵阀采用三维立体建模，选用Solid185。各面受力情况，可了解泵阀应力变形分布规律，以便阀座材料为优质合金钢，选用各向同性线弹性材料，对整个结构进行优化设计，提高泵阀使用寿命。其应力一应变关系通过弹性模量E(E=206GPa)和泊(1)阀座位移变化情况的分析经过有限元计松比(t，=0．3)等常数来确定J。阀座与阀箱之间算，阀座位移变化情况如图3、4所示。与文献[3]中以锥面配合，由于阀箱的体积和刚度都很大，可认为相比，此次采用的载荷施加方式不一样，载荷是由阀在阀座外锥面上，各结点的径向

7、位移、轴向位移均为体在运动过程中产生的接触应力引起的。而文献零，即面为固定边界。阀座的小端边界以及由筋板所中载荷是线性地施加在阀座锥面的法向方向上。隔内腔均承受均匀分布的工作载荷，如图1所示。即阀座的整体变形图如图3、4所示，阀座内锥面越为泵压(取最高泵压为50MPa)，且均匀分布。其余靠近底端，变形逐渐增大，在泵阀小端面接近内锥面边界均为自由边界，不承受载荷J。处，应力变形最大，与以往对阀座失效主要形式的研2求解及分析究结果相符，即为阀座下部锥面下沉，而上部锥面基在计算过程中侧重对阀座进行定性分析

8、，由于在本无变形，形成上下两个锥面，从而导致密封失效，钻井泵工作过程中，阀座主要受到钻进液压力的作进而泵阀失效。另外，阀座下部接近筋板附近的内锥用，在工作过程中，阀座外侧面承受液缸施加的接触面以及与锥面连接处的筋板也有一定的变形，可见筋力和挤压力，内侧锥面承受阀体通过阀胶皮施加的挤板的存在对阀座起了很大的支撑作用。收稿日期：2011—11—03作者简介：蔡荣(1982一)，女，湖北十堰人，在读硕士，主要从事化工机械相关设备安全与可靠性研究，海上石油开采、设备操作维护工