6500HP型压裂泵性能分析及壳体结构优化设计

摘要

页岩气是一种开发潜力巨大，世界储存量丰富的非常规天然气。中国是页岩气存储量最大的国家，但是受限于该天然气存储的外界自然条件，我国的页岩气开采还处于初级阶段。随着非常规油气开采的不断推进，压裂泵作为重要开采设备之一，尤其是超大功率的压裂泵得到了广泛的研究和开发。本文针对目前国内页岩气开发遇到的问题，开发设计一种超大功率的压裂泵，该压裂泵的功率可达6500HP，如果使用该种压裂泵，那么在生产页岩气的工作场内就可以节省多台压裂泵车，井场内的场地利用率也会得到大大的改善。但是，对压裂泵而言，保证压裂泵壳体具有足够的强度和刚度是其正常工作的前提。同时，在满足强度刚度的同时还要尽可能轻量化，体积尽量小。本文通过分析计算，得到了 6500HP 型压裂泵的相关技术参数，再由这些基本参数计算出压裂泵壳体的基本参数，设计出该压裂泵壳体的尺寸参数。同时本文为了满足设计要求还对该压裂泵壳体做了以下研究工作： （1）针对压裂泵壳体上所受的作用力，对各作用力进行了分析计算，得出了作用在压裂泵壳体上的各个作用力的大小。 （2）采用 Soliderworks12.0对压裂泵壳体进行了三维建模，并且对于一些不影响分析结果的特征进行了简化处理。 （3）通过 ANSYS14.0对导入的三维模型进行有限元网格划分，并对壳体施加载荷进行静力学分析，求得压裂泵曲轴部分转动角度下壳体的应力应变结果。 （4）通过 ANSYS14.0压裂泵进行拓扑优化设计，得到了优化后的最简单模型。 （5）通过 ANSYS14.0对导入的三维模型进行有限元网格划分，并对壳体施加载荷，进行模态分析，得到了压裂泵壳体在各阶的固有频率，得到了压裂泵壳体比较薄弱部位，并进行改进。

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附表索引

第1章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 压裂泵壳体的研究

1.4 本文的研究内容

第2章 6500HP型压裂泵参数的设计计算

2.1 总体方案设计原则

2.2 压裂泵的结构分析

2.3 6500HP型压裂泵性能参数的设计计算

2.4 本章小结

第3章 6500HP型压裂泵壳体受力分析

3.1 壳体受力分析

3.2 压裂活塞十字头受力分析

3.3曲轴轴承座处支反力的计算

3.4 本章小结

第4章 壳体的有限元静力学分析及结构优化设计

4.1基于ANSYS的有限元静力学分析

4.2基于ANSYS的拓扑结构优化

4.3本章小结

第5章 壳体的模态分析

5.1模态分析原理

5.2 压裂泵壳体模型建立及加载

5.3 模态结果

5.4 压裂泵壳体上激振频率的计算

5.5 本章小结

结论与展望

1. 结论

2.展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录

附录B 参加科研项目情况