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1、2011年第40卷石油礦場(chǎng)機(jī)械第5期第5O頁(yè)OILFIELDEQUIPMENT2011，4O(5)：5O～52文章編號(hào)：1001—3482(2O11)05-0050—03基于Ansys／Ls—Dyna的壓裂泵泵閥強(qiáng)度分析吳高峰，周思柱，王峻喬，吳漢川(1．長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北荊州434023；2．中國(guó)石化集團(tuán)江漢石油管理局第四石油機(jī)械廠，湖北荊州434023)摘要：泵閥是壓裂泵中最重要的易損部件之一，其強(qiáng)度關(guān)系到壓裂泵的工作特性。運(yùn)用Ansys有限元分析軟件中Ls—Dyna模塊，模擬100MPa高壓環(huán)境下閥盤以一定速度沖擊閥座的整
2、個(gè)過(guò)程，對(duì)泵閥進(jìn)行靜力以及顯示動(dòng)力下應(yīng)力、應(yīng)變分析，找出泵閥的失效原因，為改進(jìn)泵閥提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：壓裂泵；泵閥；Ansys／IS—Dyna；靜力分析；動(dòng)力分析中圖分類號(hào)：TE934．202文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AStrengthAnalysisofFracturingPumpValveBasedonAnsys／Ls—DynaWUGao—feng，ZHOUSi—zhu，WANGJun—qiao。，WUHan-chuan(1．CollegeofMechanicalEngineering，YangtzeUniversity，Jingzhou43
3、4023，China；2．S5PetroleumMachineryCo．，Sinopec，Jingzhou434023，China)Abstract：Fracturingpumpvalvewasthemostimportantwearingparts；thestrengthofpumpvalvewasdirectlyrelatedtoworkingcharacteristicsoffracturingpumpvalve．WiththeLs—DynamoduleofAnsysfiniteelementanalysissoftware，th
4、ewholeimpactprocessinwhichthevalvediscwasimpactingtheseatin100Mpahighpressureenvironmentwassimulated，thestaticanddynamicstress-strainofpumpvalvewasanalyzedandthefailurecauseoffracturingpumpvalvewasfound，thentheoryfoundationwasprovidedforprolongingtheservicelifeoffracturi
5、ngpumpvalve．Keywords：fracturingpump；valve；Ansys／Ls—Dyna；staticanalysis；dynamicanalysis高壓是壓裂泵不同于鉆井泵的重要方面。某地受到重力G、彈簧拉力F，和液體的壓力差作用力區(qū)4000m井深要求壓裂泵工作壓力100～140F一F，由力學(xué)平衡原理可知MPa，導(dǎo)致泵閥難以完成一次作業(yè)(2．5h)就損FFP—F1一F2+G—F壞¨1。]。本文采用Ansys／lS—Dyna軟件對(duì)泵閥關(guān)閉式中，F(xiàn)為閥盤受力，N。過(guò)程進(jìn)行靜力和顯示動(dòng)力分析，分析了泵閥在高壓1．2建立
6、分析模型條件下的承載能力，找出失效原因，為提高泵閥使用泵閥在關(guān)閉的狀態(tài)之下，閥盤工作面與閥座工壽命提供了理論基礎(chǔ)。作面接觸，是典型的接觸問(wèn)題。因此，泵閥工作面的應(yīng)力、應(yīng)變是分析重點(diǎn)。為使分析結(jié)論更接近實(shí)際】靜力分析的惡劣工況，在此沒(méi)有考慮橡膠密封圈。閥盤在不1．1結(jié)構(gòu)及受力考慮導(dǎo)向爪時(shí)，其結(jié)構(gòu)和受載均是對(duì)稱的，所以取泵壓裂泵泵閥結(jié)構(gòu)如圖1。當(dāng)泵閥關(guān)閉后，閥盤閥的1／4結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。建立的分析模型如收稿日期：2010-08—03基金項(xiàng)目：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目“2500HP大型數(shù)控成套壓裂裝備研制”(2009AA0636
7、01)資助作者簡(jiǎn)介：吳高峰(1986一)，男，江西萍鄉(xiāng)人，碩士研究生，研究方向是機(jī)械結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度。第4O卷第5期吳高峰，等：基于Ansys／Ls—Dyna的壓裂泵泵閥強(qiáng)度分析·51·圖2～3。材料參數(shù)如表1。行分析，閥盤、閥座變形如圖4，應(yīng)力云圖如圖5。圖1壓裂泵泵閥結(jié)構(gòu)表1某壓裂泵泵閥材料參數(shù)圖4閥盤和閥座變形云圖53034．874E+．175E．262E+549E+437E+08l31E++0921BE+O9306E+09393E+08O9090909圖5閥盤和閥座應(yīng)力云圖2顯示動(dòng)力分析2．1理論基礎(chǔ)Is—Dyna采用中心差分法來(lái)進(jìn)行
8、時(shí)間積分，圖2閥盤和閥座有限元模型在已知1，?，t時(shí)間步的情況下，求解t+時(shí)問(wèn)步的解，運(yùn)動(dòng)方程為MU(t)一P(t)一F(t)+H(t)一(t)式中，M為集中質(zhì)量矩陣；為節(jié)點(diǎn)加速度列陣；為節(jié)點(diǎn)速度列陣；P(
