140MPa压裂泵曲轴疲劳寿命有限元分析

压裂泵曲轴在压裂工况下受到周期性变化的复杂载荷作用,其疲劳寿命分析为设计主要问题。建立140 MPa五缸压裂泵曲轴精细化模型,根据实际受载工况进行约束及载荷分布的合理等效,应用ANSYS软件对曲轴工作周期内多位置工况进行有限元静力分析,得到相应曲轴应力分析结果。采用专业的疲劳分析软件FE-SAFE,通过合理提取曲轴序列静力分析结果确定载荷谱,进行疲劳寿命、疲劳安全系数计算,实现曲轴疲劳寿命定量分析。为压裂泵优化设计提供理论依据。     

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。     

自增强压裂泵泵头体有限元分析及疲劳寿命评估

本文利用计算机辅助设计软件PRo／ENGINEER完成泵头体的实体建模，导入ANSYS建立其有限元模型。基于ANSYS弹性有限元分析确定该泵头体的弹性承载压力为2428MPa；基于ANSYS弹塑性有限元分析确定在塑性层深度为5／8英寸（15．875mm）施加的泵头体最佳自增强内压为430MPa；最后利用疲劳强度理论对泵头体自增强前后的疲劳寿命进行评估，得出自增强处理后泵头体的疲劳寿命比未自增强处理的可提高到4倍以上。     

压裂泵阀箱强度及寿命分析

对阀箱进行有限元强度和寿命计算,找到危险截面和应力分布状态,对于阀箱可靠性评估、改进设计和正确使用具有重要意义。采用与Pro/E无缝结合的有限元分析工具Pro/Mechanica对某70MPa压裂泵阀箱进行了有限元强度和疲劳寿命分析。通过对应力图动态查询可知,最大应力为694.7MPa,位于缸腔与柱塞腔相贯部位拐角处,内腔平均应力为347.6MPa。整体上阀箱的疲劳寿命为1×1020次,阀箱整体强度足够,但薄弱环节的最低疲劳寿命仅为1×104.803次。为此设计时应加大关键部位的圆角半径,以减小应力集中。为了延长泵头的工作寿命,可采用自增强、复合强化、喷丸处理等工艺措施。     

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。     

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。     

CDJY2500型五缸压裂泵泵头体力学特性分析

在压裂泵泵头体受力特性研究中,针对不同柱塞尺寸的泵头体在不同工况下的应力变化趋势研究还比较少。鉴于此,运用ANSYS Workbench软件,对4种不同结构的CDJY2500型五缸压裂泵泵头体,在多组内压载荷作用下的力学特性进行了数值分析。分析结果表明:泵头体排出工况的最大应力和应变总是大于吸入工况,在额定最大压力载荷140 MPa条件下,泵头体的最大应力为788. 76 MPa,小于其材料的屈服强度,其力学行为处于材料弹性变形阶段;在不同泵冲次作用下,相对于柱塞直径为95. 3 mm泵头体,其他3种结构的泵头体在最大应力上减小的平均值分别为15. 6%、42. 4%和52. 1%,最大总变形量减小的平均值分别为12. 9%、34. 7%和62. 7%;当泵冲次为115～200 min~(-1)时,泵头体最大应力与最大总变形量随泵冲次的增加而快速减小,当泵冲次在200～330 min~(-1)时,泵头体最大应力与最大总变形量随着泵冲次的增加而缓慢减小。研究结果可为泵头体的结构优化与改进提供基础数据。     

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。     

压裂泵阀箱疲劳寿命影响因素的研究

对国产某型号140 MPa压裂泵阀箱裂纹的断口进行分析,研究表明阀箱裂纹断口呈解理断裂形貌特征,疲劳辉纹在解理面上以脆性方式扩展,阀箱工作时较高的周向应力是引起疲劳开裂的主要原因。在此基础上,运用有限元软件开展了自增强技术、表面加工精度、表面强化处理工艺以及材料选择对阀箱疲劳寿命的影响规律研究。研究结果表明,以上方法均可以延长阀箱的疲劳寿命,但自增强技术是延长阀箱疲劳寿命最有效和最经济的方法,可有效延长疲劳寿命最长达7倍左右,在实施工艺上可选用静液压法和炮轰法,炮轰法工艺程序简单,建议采用该法进行自增强处理。     

压裂泵虚拟试验连杆疲劳性能研究

压裂泵动力端的连杆在交变载荷的作用下会产生疲劳裂纹,随后裂纹迅速扩展,直至连杆疲劳断裂失效。为了探究裂纹产生的位置及裂纹扩展的过程,进行连杆的3种极限工况的有限元静强度分析,结果表明:在连杆大头盖外圆面和螺栓台面的过渡区有应力集中,并且出现最大Mises 应力。连杆的疲劳分析结果表明:靠近连杆大头的连杆杆身部分、连杆大头盖外圆面和螺栓台面的过渡区是连杆疲劳安全系数最小的位置。裂纹的萌生和扩展都是发生在应力集中的区域,因此连杆在这2处区域萌生裂纹的可能性最大。在靠近连杆大头的连杆杆身部分的过渡区进行裂纹扩展模拟计算,分析了连杆的裂纹扩展规律,预测了连杆的疲劳裂纹寿命,结果表明:当裂纹长度为16.9 mm时,连杆的疲劳裂纹寿命约为8.85×10⁴次。     

用于2000型压裂车的三缸泵和五缸泵试验研究

供2000型压裂车选择的柱塞泵有三缸泵和五缸泵2种。为了验证压裂车和柱塞泵的性能，进行了台架试验、出厂试验和现场工业试验。经试验研究表明，五缸泵压裂车的参数覆盖范围较三缸泵压裂车有明显优势，五缸泵的泵效优于三缸泵。     

往复泵曲轴设计及强度计算

对往复泵的曲柄连杆机构进行运动分析和受力分析;借助Pro／E Wildfire工程软件完成了往复泵曲轴的三维建模;利用有限元法将模型导入ANSYS有限元分析软件．对其进行应力分析和曲轴强度校核,为往复泵曲轴的优化设计提供参考依据。     

新型五缸钻井泵研制

五缸钻井泵与三缸钻井泵相比具有明显的性能优势,但由于存在制造难度大等问题,限制了五缸钻井泵的使用。在三缸钻井泵的基础上设计了4支撑结构曲轴的五缸钻井泵,与三缸泵曲轴的受力分析对比证明,4支撑五缸泵曲轴受力更为合理,并针对曲轴毛坯成型、加工等问题,设计了锻焊结构曲轴,解决了五缸泵的制造"瓶颈"问题,为五缸泵的研制和应用提供了有效途径。     

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。     

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。     

多轴交变载荷下套管长圆螺纹疲劳失效分析及寿命预测

在下套管以及压裂作业过程中,套管螺纹在多轴交变载荷作用下极易发生疲劳失效,影响施工进度.针对该问题,通过有限元方法,利用Abaqus软件建立套管长圆螺纹有限元模型,对上扣后套管螺纹在拉伸、压缩、内压力等多轴交变载荷作用下的应力、应变进行了分析,并基于Mises屈服准则的寿命评估法对套管螺纹在多轴交变载荷下的寿命进行计算...     

抽油机游梁疲劳寿命理论计算

根据游梁式抽油机游梁的受力情况,作出游梁的受力简图,对其受力情况进行研究,找到了危险截面的位置.建立了游梁危险截面处的弯矩平衡方程,同时给出了游梁危险截面正应力及疲劳寿命的计算公式,最终计算出了不同负载率下抽油机游梁的疲劳寿命,为确定抽油机合理负载率提供了理论依据.