ZY3NB2200往復式鉆井泵優(yōu)化設計與虛擬仿真研究.pdf

1、鉆井泵有鉆機“心臟”之稱，結構復雜、制造工藝難度大。ZY3NB2200鉆井泵是為滿足我國日益發(fā)展的鉆井技術的需要而研制和開發(fā)的一種新型大功率往復式鉆井泵。
　　 本文重點針對目前國內外對大功率鉆井泵的迫切需求及2200馬力鉆井泵在國內仍為空白的現狀，在借鑒前人大量研究成果的基礎上，利用現代數學、力學知識以及計算機軟件，通過理論推導、數值模擬等手段，對大功率鉆井泵及其關鍵部件進行設計與仿真分析研究，并根據仿真和分析結果對ZY3NB

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

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

4、提供了依據。
　　 再次，建立了ZY3NB2200鉆井泵液力端流體的運動模型，應用CFD、FLUENT軟件對液力端流體運動規(guī)律以及泵閥工作機理進行了仿真分析。研究了液力端結構對于輸出流體壓力波動及液力端易損件壽命的影響，并對液力端結構進行優(yōu)化設計，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)律進行了研究，以達到優(yōu)化設計泵閥的主要結構尺寸、提高泵閥使用壽命的目的。建立了往