1176kW五缸钻井泵空气包的研究

【摘要】钻井泵,是组成钻机循环系统的重要部分,又称泥浆泵。对于曲柄连杆式钻井泵,其压力脉动是引起钻井泵事故的主要原因之一,大约40%的事故来源于泥浆泵。降低压力脉动,一方面有利于减少钻井事故,另一方面也可以明显提高泵的性能。目前,普遍通过在距泵排出阀箱最近处设置排出空气包,来减小钻井泵排出压力脉动幅度。空气包是组成钻井泵液力系统的重要部分。其内部体积随气体压力变化而增大或减小,利用这种特性,空气包可以储存(或释放)超过(或低于)平均流量多的那部分液体,因而可以减小压力脉动幅度,维持着钻井泵管线中的液体近似地均匀流动。本文主要围绕大排量、高工作压力的1176kW五缸钻井泵的空气包总成,逐步展开分析与研究,比较系统的介绍与总结了1176kW五缸钻井泵空气包的相关理论与设计方法。文章首先论述了钻机钻井泵技术的发展现状及趋势,阐明了此课题实施的必要性。其次,在钻井泵运动分析的基础上,研究了五缸钻井泵的水力特性。推导得出了五缸泵的瞬时流量表达式,并基于Matlab软件,绘制了其瞬时流量曲线；对引起流量脉动的一些主要因素进行了分析。第三,针对空气包管路系统的动态特性进行了详细分析。建立了排出空气包管路系统的数学模型；分析得到了排出空气包后管路系统的流量动态方程,以及空气包体积和压力随时间变化的动态方程,并结合实例做了分析研究。第四,提出了一种空气包结构设计的简便方法,并在给定基本设计参数条件下,利用此设计方法,计算确定了1176kW五缸钻井泵排出空气包(球型)的容积及内径。进一步,计算得到了空气包总成其它零件的结构尺寸,基于Pro/E软件,建立了空气包总成及所有零部件的三维模型。最后,有别于传统设计方式,作者将有限元方法引入到空气包设计中,将Pro/E的建模功能和有限元软件Ansys分析功能结合起来,利用Pro/E软件完成建模,并运用有限元分析软件Ansys对其进行有限元分析,根据ASME标准对其进行校核。结果表明,完全符合设计准则,满足设计要求。另外,作者针对所设计的空气包进行了结构优化和模态分析。本课题对于减小系统振动,降低工作噪音,提高钻井泵的工作性能以及使用寿命等方面都具有十分重要的意义。
【作者】郑武；
【导师】张洪生；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械制造及其自动化，2013，硕士
【关键词】五缸钻井泵；空气包；运动分析；动态特性；有限元分析；模态分析；

【参考文献】
[1]孙惠萍.线控制动踏板装置研究[D].重庆大学,车辆工程,2014,硕士.
[2]顾群.现代企业战略成本管理研究[D].天津财经学院,会计学,2004,硕士.
[3]尚涛.我国服务贸易比较优势及贸易模式变动的实证研究——基于RSCA与Lafay指数等的分析[J].国际贸易问题,2010,12:70-77.
[4]张瑞敏.日照港集装箱运输管理信息系统设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[5]吴斐.可转换债券融资的理论分析和实践研究[D].对外经济贸易大学,管理学,2004,硕士.
[6]孙燕丽.丹参酮胶囊联合光动力疗法治疗重度痤疮的临床研究[D].甘肃中医学院,中医外科学,2014,硕士.
[7]赵利江.中国工笔人物画意象图式语言探析[D].云南师范大学,美术（专业学位）,2013,硕士.
[8]严丽.中学生“力与运动”相关概念形成的研究[D].苏州大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[9]马慧.基于Curvelet与PCA类方法的人脸识别技术研究[D].湖南大学,计算机科学与技术,2011,硕士.
[10]刘倩倩.高光谱与高空间分辨率CO_2探测仪的光谱定标[D].中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）,光学,2012,硕士.
[11]秦婷.我国公共场所禁止吸烟的公共政策分析[D].苏州大学,行政管理,2012,硕士.
[12]龚旭.Mg-Zn-Mn合金的多向锻造工艺及性能研究[D].西南交通大学,材料科学与工程,2014,硕士.
[13]陈萧祺.泰国汉语教材的国别化调查研究[D].河北师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[14]赵娜.热传导问题的插值型无单元伽辽金方法[D].太原科技大学,应用数学,2014,硕士.
[15]李宗浩,盛亲贻.计算机辅助设计(CAD)实质的拟议[J].五邑大学学报(社会科学版).1987(02)
[16]张燚,陈彪,杨祖培,张智军.Fe_3O_4磁性纳米粒子-氧化石墨烯复合材料的可控制备及结构与性能表征[J].物理化学学报,2011,05:1261-1266.
[17]马铮.Modic改变与椎间盘高度及椎体骨质增生的关系[D].河北医科大学,外科学（专业学位）,2013,硕士.
[18]李卓群.马克思人权思想研究[D].西北大学,马克思主义哲学,2014,硕士.
[19]米琳娜.英汉新闻社论情态对比研究[D].西安外国语大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[20]涂琴丽.基于前线聚合原理的快速固化隐身涂料的研究[D].南昌航空大学,材料物理与化学,2013,硕士.
[21]曹籽.长春市定点医院医疗保险管理改进对策研究[D].吉林大学,工商管理,2013,硕士.
[22]张永林.定容燃烧弹数据采集与电控系统研制[D].华中科技大学,动力工程,2013,硕士.
[23]张良苗,陆文聪,刘旭,陈念贻,姚莉秀.若干电解质浓溶液活度系数估算的支持向量回归算法[J].计算机与应用化学,2003,06:745-749.
[24]米云凤.学生网上学习发生现状及其对策研究[D].内蒙古师范大学,发展与教育心理学,2013,硕士.
[25]邵习东.碾子山区风电开发规划研究[D].天津大学,高级工商管理,2013,硕士.
[26]刘建宙.有限差分法在瑞雷波波场正演模拟中的应用[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2014,硕士.
[27]郑秉霖.人工智能技术及其在钢铁工业中的应用──第二讲　知识获取和知识表示技术[J].冶金自动化,1994,01:42-46.
[28]秦婷.TGF-β1相关差异性microRNAs调控人横纹肌肉瘤（RMS）肌源性分化的研究[D].苏州大学,细胞生物学,2013,硕士.
[29]涂超.脂联素通过mTOR信号通路对骨肉瘤细胞增殖凋亡的影响及机制研究[D].中南大学,临床医学,2014,博士.
[30]李国栋,朱灿平.全员育人全方位育人全过程育人——新形势下对高校思想政治工作的探索与实践[J].教育与现代化.1999(04)
[31]陈勇.面向嵌入式系统绿色需求的编译技术研究[D].武汉大学,2013.
[32]孙帅华.基于卡尔曼滤波器的交流伺服系统低速控制研究[D].武汉理工大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[33]杨欢欢.低温肉制品质构评定方法的建立[D].河南农业大学,农产品加工及贮藏工程,2012,硕士.
[34]梁海东.长春锅炉仪表有限公司生产物流系统优化研究[D].吉林大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[35]袁红亮.虚拟环境真实感表现方法的研究及应用[D].广东工业大学,机械电子工程,2004,硕士.
[36]金富达.城市轨道交通换乘系统评价体系与方法研究[D].北京交通大学,交通运输工程（专业学位）,2013,硕士.
[37]宋进博.鄂尔多斯盆地青平川油田十甲区块长4+5、长6储层特征研究[D].西北大学,能源地质学,2013,硕士.
[38]黄云青.高动态GNSS信号快速捕获算法研究[D].哈尔滨工业大学,信息与通信工程,2014,硕士.
[39]潘洁宏.缔约过失责任若干问题研究[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[40]李林强.贵州滴水岩矿区采空地面塌陷预测与油气管道安全评价[D].中国地质大学（北京）,地质环境与工程,2013,硕士.
[41]赖丽丽.卡梅伦首相记者招待会中模糊语言的语用分析[D].南昌大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[42]李彩红.观众与“戏剧性”问题研究[D].山东大学,文艺学,2013,硕士.
[43]章大海.着装过程热湿舒适性的仿真研究[D].青岛大学,纺织工程,2004,硕士.
[44]许志强.减肥套餐[J].经济论坛.1995(15)
[45]崔艳伟.柴油机冷却系统一维与三维联合仿真[D].大连理工大学,动力机械及工程,2013,硕士.
[46]黄国平.宝钢高炉鼓风机脱湿系统的DCS改造[D].东北大学,控制工程,2011,硕士.
[47]叶翔.汽车车内中高频噪声分析和声学包装优化设计[D].吉林大学,车辆工程,2013,硕士.
[48]王琦.基于晶体塑形有限元的纯铝变形行为研究[D].太原科技大学,材料加工工程,2014,硕士.
[49]李永波.国产TPS在排水沥青路面中的应用研究[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2013,硕士.
[50]王宏.纳米Al_2O_3颗粒增强电沉积镍抗蠕变性能研究[D].哈尔滨工业大学,材料工程,2013,硕士.