ZY3NB2200往復(fù)式鉆井泵優(yōu)化設(shè)計與虛擬仿真研究.pdf

1、鉆井泵有鉆機“心臟”之稱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造工藝難度大。ZY3NB2200鉆井泵是為滿足我國日益發(fā)展的鉆井技術(shù)的需要而研制和開發(fā)的一種新型大功率往復(fù)式鉆井泵。
　　 本文重點針對目前國內(nèi)外對大功率鉆井泵的迫切需求及2200馬力鉆井泵在國內(nèi)仍為空白的現(xiàn)狀，在借鑒前人大量研究成果的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)知識以及計算機軟件，通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬等手段，對大功率鉆井泵及其關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計與仿真分析研究，并根據(jù)仿真和分析結(jié)果對ZY3NB

2、22000大功率鉆井泵的設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)。
　　 首先，通過查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)及有關(guān)設(shè)計規(guī)范，總結(jié)出ZY3NB2200鉆井泵各個系統(tǒng)及主要部件的設(shè)計方案和計算理論，并根據(jù)基本計算理論分析了鉆井泵的壓力、傳動機構(gòu)的運動關(guān)系、鉆井泵動力端的受力及曲軸強度等，為有限元數(shù)值模擬提供了依據(jù)。
　　 其次，研究過程中運用了虛擬樣機技術(shù)，建立了ZY3NB2200鉆井泵各系統(tǒng)及主要零部件的三維實體模型，進(jìn)而開展泵運動學(xué)和動力學(xué)的仿真分析并對虛擬

3、樣機進(jìn)行運動分析、動力分析等，對ZY3NB2200鉆井泵的設(shè)計進(jìn)行全面評估。針對ZY3NB2200鉆井泵結(jié)構(gòu)和受力復(fù)雜的特點，利用ANSYS有限元分析軟件對ZY3NB2200鉆井泵動力端和液力端等關(guān)鍵部件進(jìn)行靜力分析，驗證其靜力強度；在工作壓力下對關(guān)鍵部件進(jìn)行疲勞分析，驗證疲勞壽命要求；對鉆井泵動力端的關(guān)鍵部件進(jìn)行模態(tài)及諧響應(yīng)分析，計算關(guān)鍵部件的固有頻率和振型，通過諧響應(yīng)分析找出了容易發(fā)生共振的頻率段及共振型態(tài)，為鉆井泵的動力設(shè)計及校核

4、提供了依據(jù)。
　　 再次，建立了ZY3NB2200鉆井泵液力端流體的運動模型，應(yīng)用CFD、FLUENT軟件對液力端流體運動規(guī)律以及泵閥工作機理進(jìn)行了仿真分析。研究了液力端結(jié)構(gòu)對于輸出流體壓力波動及液力端易損件壽命的影響，并對液力端結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使得ZY3NB2200鉆井泵具有良好的輸出性能，延長易損件的使用壽命。
　　 最后，對泵閥運動規(guī)律進(jìn)行了研究，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計泵閥的主要結(jié)構(gòu)尺寸、提高泵閥使用壽命的目的。建立了往