高壓壓裂泵關(guān)鍵件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著石油資源的日趨緊缺及環(huán)境壓力的不斷增大，人們迫切需要提高石油開采量并尋找新興替代能源。壓裂技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它不僅能夠提高油井產(chǎn)量，同時(shí)也是頁巖氣開采的關(guān)鍵技術(shù)。壓裂泵是壓裂設(shè)備的核心部分，其性能直接影響油氣田開采效率。本文以高壓壓裂泵箱體關(guān)鍵件作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)與尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，在輕量化基礎(chǔ)上，獲得性能優(yōu)越的壓裂泵箱體部件。
　　建立壓裂泵動(dòng)力端受力分析模型，采用解析法對(duì)其進(jìn)行受力分析。由于曲軸為多支承超靜

2、定結(jié)構(gòu)，因此采用“分段均攤法”，建立合理假設(shè)，獲得曲軸軸承座支反力等各零件間作用力。同時(shí)，利用動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS，基于動(dòng)力學(xué)理論中拉格朗日方程方法，建立壓裂泵動(dòng)力端虛擬樣機(jī)，切分曲軸并采用啞元連接，解決曲軸超靜定問題。ADAMS仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果相一致，為箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要理論依據(jù)。
　　基于變密度法，綜合考慮多工況靜態(tài)剛度及低階固有頻率，建立壓裂泵箱體多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。利用優(yōu)化軟件Optistruct對(duì)

3、壓裂泵箱體進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)優(yōu)化迭代計(jì)算后得到折衷考慮箱體結(jié)構(gòu)靜態(tài)剛度及動(dòng)態(tài)性能的壓裂泵箱體最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)傳力路徑對(duì)壓裂泵箱體進(jìn)行箱體結(jié)構(gòu)概念模型方案設(shè)計(jì)。
　　在壓裂泵箱體拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)化建模，以壓裂泵箱體質(zhì)量、最大等效應(yīng)力及最大變形量為優(yōu)化目標(biāo)，建立壓裂泵箱體尺寸優(yōu)化數(shù)學(xué)模型?；陧憫?yīng)面法，通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法得到箱體尺寸設(shè)計(jì)響應(yīng)空間，利用多目標(biāo)遺傳優(yōu)化算法獲得壓裂泵箱體優(yōu)化設(shè)計(jì)尺寸。優(yōu)化后箱體結(jié)構(gòu)與原箱體靜動(dòng)態(tài)