高壓壓裂泵關(guān)鍵件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(shù)應(yīng)運而生，它不僅能夠提高油井產(chǎn)量，同時也是頁巖氣開采的關(guān)鍵技術(shù)。壓裂泵是壓裂設(shè)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(guān)鍵件作為研究對象，對其進行結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計與尺寸優(yōu)化設(shè)計研究，在輕量化基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)，因此采用“分段均攤法”，建立合理假設(shè)，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(xué)分析軟件ADAMS，基于動力學(xué)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(jié)果與理論分析結(jié)果相一致，為箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(shè)計數(shù)學(xué)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(shè)計，經(jīng)優(yōu)化迭代計算后得到折衷考慮箱體結(jié)構(gòu)靜態(tài)剛度及動態(tài)性能的壓裂泵箱體最優(yōu)拓撲結(jié)構(gòu)。根據(jù)傳力路徑對壓裂泵箱體進行箱體結(jié)構(gòu)概念模型方案設(shè)計。
　　在壓裂泵箱體拓撲優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)上進行參數(shù)化建模，以壓裂泵箱體質(zhì)量、最大等效應(yīng)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(xué)模型?；陧憫?yīng)面法，通過試驗設(shè)計方法得到箱體尺寸設(shè)計響應(yīng)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(shè)計尺寸。優(yōu)化后箱體結(jié)構(gòu)與原箱體靜動態(tài)