刘志刚

SL170型旋转水龙头有限元分析及结构改进

刘志刚

（江苏如石机械有限公司，江苏如东226406）

为了研究SL170型旋转水龙头可能存在的结构安全问题，利用ANSYS Workbench软件对其进行了有限元分析，得到了试验载荷下的水龙头各部件的应力分布情况，根据API Spec 8C标准校核其强度。分析结果表明：水龙头的静强度符合规范要求。壳体和中心管部位出现了部分应力集中的现象，提环上部中截面应力水平较高，销轴截面剪切作用与压力耦合产生了应力分布不均。基于实际服役工况进行了疲劳寿命的预测，提出了结构优化思路，为此类水龙头的设计提供参考。

旋转水龙头；有限元模型；应力分布；疲劳寿命；优化设计

旋转水龙头是现在油田钻井的常规设备，它位于井架的最上部，并承受着钻具的重力。中心管和壳体部分是主要的承载部件，在服役过程中承受着复杂的载荷，其安全性将直接影响到钻井设备的正常使用。

对于此类水龙头的强度设计一般进行设计载荷试验，这种方法较为耗时耗力，且对于长期服役的设备来说，对其在额定载荷工况下的疲劳寿命难以给出有效的估计。有限元方法是进行油井工程设备设计的行之有效的方法，在强度设计、疲劳寿命分析等方面［1-4］能够给出较准确的结果。有限元法不仅分析成本低廉，而且能够根据应力分布结合强度规范对设备进行强度校核。但是，之前的研究多用来校核设备是否满足强度规范，很少对于设备的结构改进提出优化方案。……