大功率油田注水泵五拐四支承曲轴的动态特性分析与研究
油田注水耗电占油田用电总量的60％左右，目前大功率离心式注水泵存在效率低，而往复式注水泵尽管效率较高，但又存在功率小的问题。因此，研制大功率高效往复式油田注水泵，为油田原油开发提供先进节能装备，已成为国内泵行业的当务之急，对国民经济的可持续发展具有十分重要的意义。曲轴是往复泵关键的传动受力部件，其动态特性直接影响整台泵的工作可靠性、使用寿命及噪声等。随着油田注水泵功率的不断提升和强化，曲轴的工作条件愈加苛刻。因此，本文首次针对大功率往复式油田注水泵用曲轴进行动态特性分析与研究，具有重要理论意义与重大工程应用价值。
本文主要采用计算机模拟仿真技术对5S200D-39.2/60型油田注水泵五拐四支承曲轴进行研究，主要工作和成果如下：
1、阐述了往复泵曲柄连杆机构的运动学和动力学理论。根据实型泵的参数，运用EXCEL的计算与作图功能进行具体的理论计算，初步揭示了该泵曲轴系的运动特性。
2、综合运用PRO/E和ADAMS软件，建立曲轴系多刚体虚拟样机并进行动力仿真，分析可知，仿真结果和理论计算曲线相吻合；同时，曲轴系虚拟样机所取得的研究成果表明：5S200D-39.2/60型油田注水泵五拐四支承曲轴运行平稳、动力设计合理。
3、运用ANSYS对曲轴进行自由状态、两支承和四支承下的模态分析。分析可知，在工作范围内曲轴不会产生共振；经对比三种结构下曲轴的前两阶非零模态，表明四支承下曲轴的动态特性明显优于其余两种结构；研究工作为5S200D-39.2/60型油田注水泵曲轴采用四支承结构提供理论依据。
4、将曲轴柔性化处理，并对其进行ANSYS与ADAMS的联合仿真，得到曲轴应力和变形云图。通过分析危险工况下的应力与变形云图可知，曲柄销与曲柄连接圆角为危险区域，最大应力值和最大变形量均发生在连接圆角上；整体而言，曲轴刚度和强度符合要求，结构设计合理。
通过对五拐四支承曲轴的动态特性进行理论分析与模拟仿真研究，揭示了曲轴工作中的动态受力和应力变形情况，不仅为大型多支承曲轴的设计优化提供了一种新方法，而且也为成功研制油田大型高效注水泵提供了技术支撑。
油田注水泵;支承曲轴;动力学仿真;动态应力;模态分析
浙江工业大学
硕士
化工过程机械
张生昌;邓鸿英
2010
中文
TE934.1
2011-08-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）