钻井泵泵阀寿命分析及管道减振方法研究

论文摘要

本论文研究的内容分为两部分,第一部分是钻井泵泵阀寿命分析。通过对钻井泵泵阀疲劳寿命的研究,进一步阐明泵阀失效的主要机理。利用ANSYS/LS—DYNA软件构建泵阀三维实体模型,模拟阀盘冲击阀座的过程,得到阀盘的应力分布图,据此分析脉动循环应力对泵阀疲劳破坏的影响。该分析着重考虑了在交变载荷作用下,应力集中对加速泵阀失效所带来的危害性,完善了泵阀的无冲击理论。依据泵阀疲劳寿命曲线,对泵阀的使用寿命进行估算,并提出一种泵阀结构改进的新方案,在一定程度上有效地减缓了应力集中,对指导泵阀设计,进一步延长泵阀的使用寿命具有一定的参考价值。论文的另一部分是管道减振方法研究。针对某厂离心压缩机出口管线振动严重,导致生产频繁停车,不能安全平稳运行的问题,利用CAESARⅡ和MATLAB等软件对该管道系统的气体动力特性(气柱固有频率、气流脉动)、结构动力特性(机械固有频率、振型)和受力状况(一次应力、二次应力)做详实的核算。同时结合现场考察结果,分析确定引起管道振动的主要原因,并提出相应的减振措施。面对工况下由温度载荷引起的压缩机管口力过大的情况,提出了多种减小受力的办法,使之达到设备运行要求。本文提出的减振优化设计方法和具体改造措施可以直接应用于工厂实际。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一篇 钻井泵泵阀寿命分析
• 第一章 绪论
• 1.1 泵阀研究的背景及课题意义
• 1.2 泵阀研究的国内外现状
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 泵阀运动特性及失效分析
• 2.1 泵阀结构和工作原理
• 2.2 泵阀的运动特性
• 2.3 泵阀的失效分析
• 第三章 泵阀疲劳寿命曲线
• 3.1 泵阀寿命的概念
• 3.2 材料的疲劳寿命（S-N）曲线
• 3.3 泵阀疲劳寿命曲线
• 3.3.1 泵阀的对称循环极限应力
• 3.3.2 泵阀的脉动循环极限应力
• 3.3.3 泵阀疲劳寿命曲线
• 第四章 基于ANSYS/LS-DYNA的泵阀应力分析
• 4.1 有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA简介
• 4.2 有限元法的一般步骤
• 4.3 泵阀冲击原理
• 4.4 泵阀在冲击过程中的应力分析
• 4.4.1 泵阀有限元分析模型
• 4.4.2 边界条件
• 4.4.3 应力结果分析
• 第五章 泵阀寿命分析
• 5.1 泵阀寿命估算
• 5.2 影响泵阀寿命的主要因素
• 5.2.1 泵阀结构参数
• 5.2.2 阀盘运动阻力
• 5.2.3 密封圈
• 5.2.4 小结
• 第六章 泵阀的改进方案
• 6.1 改进方案
• 6.2 改进方案应力分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 第二篇 管道减振方法研究
• 第一章 绪论
• 1.1 管道振动的危害
• 1.2 问题提出
• 1.2.1 事故状况
• 1.2.2 现场考察结果
• 1.2.3 管线振动图谱
• 1.3 国内外压缩机管道振动的研究现状
• 第二章 压缩机出口管线振动分析
• 2.1 压缩机管道应力分析数学模型
• 2.1.1 压缩机及管线的设计参数
• 2.1.2 建立数学模型
• 2.2 现管系应力分析
• 2.2.1 应力分析内容简介
• 2.2.2 定义载荷工况
• 2.2.3 应力分析结果与评判
• 2.2.4 压缩机出口管口应力校核
• 2.3 现管系模态分析
• 2.3.1 压缩机工频
• 2.3.2 管系的机械固有频率和动力响应计算
• 2.3.3 振型分析
• 2.3.4 小结
• 2.4 现管系气柱固有频率
• 2.4.1 气柱固有频率程序开发
• 2.4.2 气柱固有频率计算结果
• 2.5 振动原因分析
• 2.5.1 机组振动引发的管道振动
• 2.5.2 基础薄弱或管线配置不当,管道支架设置不合理
• 2.5.3 机械共振
• 2.5.4 气流脉动和气柱共振
• 2.5.5 小结
• 第三章 管道减振措施及采取的减振方案
• 3.1 气流脉动分析
• 3.2 管道减振的常用措施
• 3.2.1 设置缓冲器
• 3.2.2 设置合适的气流脉动衰减器
• 3.2.3 设置孔板
• 3.2.4 设置盲管
• 3.2.5 改变管道的结构或布置
• 3.2.6 改变管系的支承结构
• 3.2.7 设置动力减振器
• 3.2.8 小结
• 3.3 采取的减振方案
• 3.3.1 设置缓冲罐
• 3.3.2 更改弯头
• 3.3.3 设置支承
• 第四章 减振方案分析校核
• 4.1 建立管系数学模型
• 4.2 管系应力分析
• 4.2.1 应力分析结果
• 4.2.2 压缩机出口管口应力校核
• 4.3 管系模态分析
• 4.3.1 机械固有频率计算
• 4.3.2 振型分析
• 4.3.3 小结
• 4.4 管系气柱固有频率
• 第五章 压缩机管口热应力减小措施
• 5.1 压缩机出口水平管段升高
• 5.1.1 水平管段升高1米
• 5.1.2 水平管段升高2米
• 5.1.3 水平管段升高3米
• 5.1.4 小结
• 5.2 冷紧
• 5.2.1 冷紧概述
• 5.2.2 冷紧的施工
• 5.2.3 冷紧后压缩机出口管口受力分析
• 5.2.4 小结
• 5.3 增加管道柔性
• 5.3.1 改变管道的走向
• 5.3.2 升高管段后改走向
• 5.3.3 增加支吊架
• 5.3.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书