基于有限元法的三柱塞往復泵殼體靜力分析

鄭龍燕

(山東冶金技師學院 濟南 250109)

隨著石油資源越來越匱乏，不少國家將石油勘探重點轉移到了深海，而柱塞泵是深海石油勘探、開發不可缺少的固井裝置。某單位設計的3ZB-265型三柱塞固井泵，泵中的三個活塞在曲柄連桿機構的帶動下作往復運動[1]。泵的殼體部分采用鋼板焊接式結構，且焊后消除了內應力。設計輸出壓力150MPa，而實際輸出壓力卻只有50MPa左右。

從殼體及支座受力情況入手，采用UG6.0設計軟件建模，利用數據接口將建好的模型導入有限元分析軟件ANSYS12.0，并對殼體及支座進行網格劃分和加載載荷，得出殼體及支座應力場。將計算結果與所用材料許用應力進行比較，找出不滿足強度要求的部位，并提出解決方案。

1 殼體部分受力分析

該柱塞泵工作時，殼體受力的主要來源有:曲柄機構通過4個雙列滾針軸承和2個深溝球軸承對殼體上4個軸承座的作用力；小齒輪軸通過4個滾子軸承對殼體上4個軸承座的作用力；3 組十字頭與導筒之間的摩擦力、正壓力以及液壓力等。而該柱塞泵受力的主要對象來自于其動力端，其受力分析對象主要有連桿部分、曲軸部分、活塞部分、十字頭及小齒輪軸部分等[2]，如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 曲軸上6個軸承分布圖

圖2 小齒輪軸上4個軸承分布圖

圖3 殼體上主要受力部位簡圖

3ZB-265型柱塞泵是典型的往復泵，根據往復泵設計理論，曲軸轉角φ每次增加的幅度為10°。經過計算曲軸、連桿、活塞、十字頭、導套及10個軸承座的受力情況之后[3]，共得到了36個工況。……