大功率压裂泵动力端的设计与分析

摘要

目前在油气田上压裂工艺是使其增产、增注的主要手段，极大的提高了油气井的开发利用率，而且还能够很大程度上增加我国石油的可开采量。压裂泵是压裂装备的主要核心设备，其工作能力决定了整套压裂装备的生产能力。因此，本文针对大功率五缸压裂泵的动力端进行设计与分析，对大功率的压裂泵的研发具有重要的指导意义。
　　本文针对大功率压裂泵的动力端进行了设计与分析，主要内容如下:
　　(1)以5ZB-2800型五缸压裂泵为设计对比，根据强度设计和类比经验对大功率压裂泵的动力端进行总体结构方案设计，包括大功率压裂泵动力端传动方案的设计、关键零部件的结构设计。
　　(2)建立了五缸柱塞式压裂泵动力端的运动学和动力学模型。分析五缸柱塞式压裂泵在压裂工况下的工作载荷并进行合理等效，对主要零部件进行受力分析，建立其受力平衡方程，为压裂泵动力端的关键零部件的强度和疲劳寿命分析提供理论基础。
　　(3)采用有限元技术和疲劳分析理论对大功率压裂泵动力端主要零部件进行强度分析和疲劳寿命校核。对动力端承载复杂的典型部件—曲轴和齿轮机构进行工况的合理等效，并进行相应的有限元分析，得到一个周期内的节点主应力，通过材料参数将其转化为弹塑性应力应变，将一系列主应变载荷定义为疲劳载荷谱，利用疲劳损伤模型进行疲劳寿命和安全系数计算，从而进行强度和疲劳寿命的校核。
　　(4)论文联合应用Visual Basic6.0、matlabR2009Ra、Automation Gateway4.2、Pro/E3.0、SQL Server2000和Ansys10.0等开发软件，设计开发大功率压裂泵动力端设计软件，实现了压裂泵的运动学仿真、动力学计算、零部件的参数化建模以及关键零部件的疲劳寿命分析校核等功能，实现压裂泵计算与分析的方便快捷与人机交互，提高了大功率压裂泵动力端的设计效率。