五缸压裂泵曲轴载荷计算及疲劳寿命分析

简述了目前有限元法在曲轴分析中存在的问题,介绍了曲轴的载荷计算方法.运用有限元分析法对五缸单作用压裂泵曲轴进行强度分析,并以某型号压裂泵为例,建立了曲轴三维模型,计算出2种恶劣工况下的载荷;得出曲轴应力和应变分布情况.运用动应力载荷谱分析了曲轴的疲劳寿命,为曲轴设计提供了依据.     

变压力工况下压裂泵的疲劳失效演化规律研究

页岩气大规模压裂作业中,压裂泵受周期性变化的复杂载荷作用,易发生疲劳失效;现场试验耗费人力物力,数值求解过程繁琐,且均存在一定难度。为此,利用ANSYS和FE-SAFE平台开展研究,以寻找变压力工况下压裂泵的疲劳失效演化规律。选取柱塞和泵头体等6个主要部件,通过建立三维模型、设定边界约束条件和施加工况载荷-压力,揭示不同压力工况下各部件应力、位移状态及疲劳脆弱点位置;求解各部件应力、位移及疲劳寿命随压力变化的规律;绘制变压力工况下各部件和压裂泵整体的疲劳失效演化图谱。研究结果表明:压裂泵主要部件的最大应力、最大位移随压力近似呈线性变化,并得到在最大许用应力范围内各部件满足工况要求,且变压力工况下压裂泵的疲劳脆弱点发生转移。研究结果可为现场压裂安全施工提供技术支撑。     

CDJY2500型压裂泵曲轴的力学性能分析

为了对五缸压裂泵曲轴进行优化设计,对CDJY2500型五缸压裂泵曲轴进行正常工作载荷下的受力综合分析,建立了压裂泵曲轴的有限元模型。采用有限元仿真计算方法及ANSYSWorkbench对10种危险工况和5种不同连杆载荷下的曲轴应力和总变形量分布规律进行分析。分析结果表明:曲轴的最大应力为180. 23 MPa,位于曲轴1#曲柄销的左侧圆角处,曲轴的总变形量在其两端较大、中间较小,最大为0. 067 815 mm,属于小变形;随着曲轴转角的增大,曲轴最大应力基本上先增大再减小,在180°转角时达到峰值;随着转角的增大,曲轴的总变形量有先逐渐减小后增大、再减小的趋势,在36°转角时取得最大值;最大应力和总变形量均随着连杆载荷的增加而增大,且呈线性关系。因此,在曲轴转动过程中,其危险点主要分布在曲轴颈的圆角处,连杆载荷对曲轴强度有重大影响。研究结果对压裂泵曲轴等关键部件的优化设计及动态性能研究具有重要意义。     

140MPa压裂泵液缸强度及寿命预测分析

针对某厂新设计的140 MPa高压压裂泵液缸,用ANSYS/ANSYS FE-SAFE有限元分析软件计算出了静力强度及疲劳寿命分布。计算结果显示,液缸在140 MPa内压工作载荷下产生的最大Von Mises应力为630 MPa,位于缸腔与柱塞腔相贯部位拐角处,内腔平均应力〈350MPa,液缸整体静强度满足要求。但是在循环载荷冲击作用下,相贯部位拐角处疲劳寿命低,疲劳安全系数不够,短时间内会发生破坏。提出增大相贯部位倒圆角半径,采用自增强等强化处理,可提高液缸使用寿命。     

2500型压裂泵曲轴强度计算及寿命预测

针对目前油田使用压裂泵存在的问题,以1 837kW(2 500hp)压裂泵为例,对其曲轴进行了三维建模和有限元分析,并进行了强度计算和寿命分析。结果表明:1 837kW(2 500hp)压裂泵曲轴的设计安全系数偏大,可对其进行必要的优化设计或更换不同的材料,以减轻曲轴的质量,从而降低制造成本。     

3500压裂泵轴承变形对机架性能影响的研究

以3500压裂泵机架为研究对象,分析了压裂泵液力端载荷及动力端动态特性,在确定机架危险工况下载荷的基础上,采用直接施加曲柄支反力和带有模拟轴承2种模型对机架轴承座圆环面上的载荷、径向最大变形以及机架的应力进行了数值仿真。研究结果表明,带有模拟轴承的计算结果与直接施加曲柄支反力的计算结果相比,机架轴承座圆环面上的载荷和径向最大变形减小,最大降幅分别为73.5%和95.1%;机架应力减小,最大应力降幅为40%;模拟轴承刚度变化对机架各轴承座圆环面上的载荷、径向变形和机架应力影响较小,机架应力最大值变化幅度不超过1%。综合考虑了曲轴及轴承的变形,所得结论可为大功率压裂泵机架的强度计算和刚度研究提供参考。     

基于nCode的压裂泵液力端疲劳寿命分析

压裂泵液力端在现场应用中承受脉动循环高压,易产生疲劳裂纹且不同液缸的疲劳寿命存在差异。为此,建立现场某型号压裂泵液力端的整体有限元模型,利用ANSYS与nCode DesignLife疲劳耐久性分析软件对液力端进行静力学分析与疲劳寿命预测,研究液力端不同液缸发生疲劳破坏的规律。研究结果表明：液力端在试压142.5 MPa与正常工作95 MPa这2种状态下,最大应力分别为915.89和600.36 MPa,均小于其材料的屈服应力1 070 MPa,静力学强度满足要求;液力端各个液缸易发生疲劳破坏的位置均位于液缸内部的弹簧卡座处,与液力端在现场使用过程中出现的疲劳裂纹的位置相符;液力端5个液缸中寿命最长的为4#缸,寿命最短的为1#缸,1#缸的疲劳寿命大约为4#缸的60%,液力端整体呈现出1#、5#缸比2#、3#、4#缸疲劳寿命短的规律。研究结果可为该型号压裂泵液力端的优化设计提供理论依据。     

基于CAESAR II的FPSO货油卸载系统管道应力分析

基于管道应力分析软件CAESAR II,以某FPSO项目为例,研究甲板货油卸载系统的分析方法。详细介绍风载、船体加速度、中垂中拱、爆炸阻力载荷等基本工况对管道应力的影响及载荷的计算,分析组合工况法和独立载荷法两种工况设置方法的区别,并根据FPSO在设计操作工况、设计极端工况、爆炸工况的实际运行状态及受载情况,利用组合工况法编制对应的分析工况,进行静力分析和疲劳分析,使管道系统始终处于安全运行状态,为FPSO船体管道的应力分析提供参考。     

油田压裂车车架的多工况疲劳寿命分析

为了分析多工况下压裂车车架的疲劳强度,进行了轮胎悬空、道路颠簸、制动、普通压力振动冲击和高压振动冲击5种工况下压裂车疲劳寿命分析,并对恶劣工况进一步拟合分析,进行疲劳损伤累积。在建立车架有限元模型的基础上,将各工况下的应力仿真数据与试验数据进行了对比,两者的误差在10%以内,验证了有限元模型的准确性。将压裂车5种工况下的动力学分析结果作为疲劳分析的随机载荷谱,得出压裂车车架有足够的强度。通过危险工况的疲劳损伤累积,拟合出压裂车疲劳寿命为完整出工104次。     

油田压裂车车架的多工况疲劳寿命分析

为了分析多工况下压裂车车架的疲劳强度,进行了轮胎悬空、道路颠簸、制动、普通压力振动冲击和高压振动冲击5种工况下压裂车疲劳寿命分析,并对恶劣工况进一步拟合分析,进行疲劳损伤累积。在建立车架有限元模型的基础上,将各工况下的应力仿真数据与试验数据进行了对比,两者的误差在10%以内,验证了有限元模型的准确性。将压裂车5种工况下的动力学分析结果作为疲劳分析的随机载荷谱,得出压裂车车架有足够的强度。通过危险工况的疲劳损伤累积,拟合出压裂车疲劳寿命为完整出工104次。