吴高峰,周思柱,王峻乔,吴汉川

(1.长江大学机械工程学院,湖北荆州434023; 2.中国石化集团江汉石油管理局第四石油机械厂,湖北荆州434023) *

基于Ansys/Ls-Dyna的压裂泵泵阀强度分析

吴高峰1,周思柱1,王峻乔2,吴汉川2

(1.长江大学机械工程学院,湖北荆州434023; 2.中国石化集团江汉石油管理局第四石油机械厂,湖北荆州434023)*

泵阀是压裂泵中最重要的易损部件之一,其强度关系到压裂泵的工作特性。运用Ansys有限元分析软件中Ls-Dyna模块,模拟100 MPa高压环境下阀盘以一定速度冲击阀座的整个过程,对泵阀进行静力以及显示动力下应力、应变分析,找出泵阀的失效原因,为改进泵阀提供了理论依据。

压裂泵;泵阀;Ansys/Ls-Dyna;静力分析;动力分析

高压是压裂泵不同于钻井泵的重要方面。某地区4 000 m井深要求压裂泵工作压力100～140 MPa,导致泵阀难以完成一次作业(2.5 h)就损坏[1-3]。本文采用Ansys/Ls-Dyna软件对泵阀关闭过程进行静力和显示动力分析,分析了泵阀在高压条件下的承载能力,找出失效原因,为提高泵阀使用寿命提供了理论基础。

1 静力分析

1.1 结构及受力

压裂泵泵阀结构如图1。当泵阀关闭后,阀盘受到重力 G、弹簧拉力 Ft和液体的压力差作用力F1-F2,由力学平衡原理可知

式中,FFP为阀盘受力,N。

1.2 建立分析模型

泵阀在关闭的状态之下,阀盘工作面与阀座工作面接触,是典型的接触问题。因此,泵阀工作面的应力、应变是分析重点。为使分析结论更接近实际的恶劣工况,在此没有考虑橡胶密封圈。阀盘在不考虑导向爪时,其结构和受载均是对称的,所以取泵阀的 1/4结构进行分析。……