高壓壓裂泵關鍵件結構優(yōu)化設計.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。壓裂技術應運而生，它不僅能夠提高油井產量，同時也是頁巖氣開采的關鍵技術。壓裂泵是壓裂設備的核心部分，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鍵件作為研究對象，對其進行結構拓撲優(yōu)化設計與尺寸優(yōu)化設計研究，在輕量化基礎上，獲得性能優(yōu)越的壓裂泵箱體部件。
　　建立壓裂泵動力端受力分析模型，采用解析法對其進行受力分析。由于曲軸為多支承超靜

2、定結構，因此采用“分段均攤法”，建立合理假設，獲得曲軸軸承座支反力等各零件間作用力。同時，利用動力學分析軟件ADAMS，基于動力學理論中拉格朗日方程方法，建立壓裂泵動力端虛擬樣機，切分曲軸并采用啞元連接，解決曲軸超靜定問題。ADAMS仿真結果與理論分析結果相一致，為箱體結構優(yōu)化設計提供重要理論依據(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拓撲優(yōu)化設計數(shù)學模型。利用優(yōu)化軟件Optistruct對

3、壓裂泵箱體進行拓撲優(yōu)化設計，經優(yōu)化迭代計算后得到折衷考慮箱體結構靜態(tài)剛度及動態(tài)性能的壓裂泵箱體最優(yōu)拓撲結構。根據(jù)傳力路徑對壓裂泵箱體進行箱體結構概念模型方案設計。
　　在壓裂泵箱體拓撲優(yōu)化設計基礎上進行參數(shù)化建模，以壓裂泵箱體質量、最大等效應力及最大變形量為優(yōu)化目標，建立壓裂泵箱體尺寸優(yōu)化數(shù)學模型?；陧憫娣?，通過試驗設計方法得到箱體尺寸設計響應空間，利用多目標遺傳優(yōu)化算法獲得壓裂泵箱體優(yōu)化設計尺寸。優(yōu)化后箱體結構與原箱體靜動態(tài)