Preview

Advanced Engineering Research

Расширенный поиск

Прочностной анализ корпуса плунжерного насоса типа TWS 600 в системе автоматизированного проектирования Solid Works Simulation

https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-1-71-81

Полный текст:

Аннотация

Введение. Актуальность представленной работы обусловлена широким применением плунжерных насосов в производственной практике, в частности в газо- и нефтедобыче. От их надежности во многом зависит качество проведения технологических операций и эффективность дальнейшей эксплуатации скважин. Совершенствование плунжерных насосов предполагает повышение их надежности, увеличение срока службы, коэффициента полезного действия, уменьшение габаритов, массы и трудоемкости монтажных и ремонтных работ. Модернизация механизма включает его силовое исследование, так как по найденным силам проводятся последующие расчеты на прочность. До появления программ численного анализа твердотельных  объектов аналитическое решение задачи прочностного расчета станины приводной части насоса высокого давления было весьма трудоемкой и затратной процедурой. Ситуация изменилась с развитием компьютерных технологий и включением метода конечных элементов в системы автоматизированного проектирования. Цель настоящей работы — выполнение прочностного расчета корпуса плунжерного насоса типа TWS 600 из стали 09Г2С.

Материалы и методы. Разработана методика определения реакций опор кривошипного вала плунжерного насоса  высокого  давления  и  прочностного  расчета  корпуса  приводной  части.  Направление  и  величина результирующих сил и реакций опор определены графически по принципу суперпозиции силового воздействия на   опоры.   Прочностные   расчеты   проводились   с   помощью   метода   конечных   элементов   в   системе автоматизированного  проектирования  Solid  Works  Simulation.  При  этом  использовались  твердотельная  и конечноэлементная  модели  корпуса  с  наложенными  граничными  условиями,  выявленными  при  анализе конструкции и расчете усилий, возникающих в процессе работы насоса.

Результаты исследования. Описаны реакции в опорах коленчатого вала с учетом формируемых плунжером сил в зависимости от режима его работы и положения кривошипа. Определены силы, действующие на каждый из плунжеров, и результирующие реакции в каждой из опор. Представлены эпюры напряжений и коэффициента запаса прочности, позволяющие оценить прочность корпуса и выработать рекомендации по созданию более рациональной его конструкции.

Обсуждение и заключения. В результате проведенных расчетов выявлены области конструкции, имеющие минимальные коэффициенты запаса прочности, и области, в несколько раз превышающие рекомендованные значения. Это позволяет оптимизировать исследуемую конструкцию, усилив первые и уменьшив толщину металла на вторых. С точки зрения массогабаритных характеристик и ремонтопригодности результаты выполненного прочностного расчета могут быть использованы для оптимизации конструкции корпуса насоса при типовых режимах работы.

Об авторах

Э. В. Коледа
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет
Россия

Коледа Эдуард Валентинович, магистрант кафедры «Машины и оборудование нефтегазового комплекса»

344003,  г. Ростов-на-Дону,  пл.  Гагарина,  1



С. О. Киреев
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет
Россия

Киреев Сергей Олегович, заведующий кафедрой «Машины и оборудование нефтегазового комплекса», доктор технических наук, профессор

344003,  г. Ростов-на-Дону,  пл.  Гагарина,  1



М. В. Корчагина
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет
Россия

Корчагина Марина Валерьевна, доцент кафедры «Машины и оборудование нефтегазового комплекса», кандидат технических наук

344003,  г. Ростов-на-Дону,  пл.  Гагарина,  1



А. В. Ефимов
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет
Россия

Ефимов Андрей Викторович, доцент кафедры «Машины и оборудование нефтегазового комплекса», кандидат технических наук

344003,  г. Ростов-на-Дону,  пл.  Гагарина,  1



Й. Шперлин
ACT Well Services GmbH
Германия

Йорг Шперлинг, управляющий директор компании

Am Klingbusch 6, Diesdorf, 29413, Germany



Список литературы

1. Vlasov, V. S. Нigh pressure pump stations and their application fields / V. S. Vlasov // Russian Journal of Heavy Machinery. — 1998. — No. 7. — P. 53–55.

2. Попов, В. П. Трехплунжерные насосы высокого давления «Траст-Инжиниринг» / В. П. Попов, С. О. Киреев // Топливный рынок. Нефть. Газ. — 2010. — № 21. — С. 6–9.

3. Stepanov, V. Fatigue performance of hydraulic unit of high-pressure plunger pump / V. Stepanov, S. Kireev, M. Korchagina [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. — 2019. — Vol. 403. — Art. 012087. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/403/1/012087 (accessed: 09.02.21). DOI: 10.1088/1755-1315/403/1/012087

4. Veselovskaya, E. V. Perfection of Drinking and Technical Water Supply Systems in the Implementation of the Concept a Heat and Power Complex for Highly Efficient Use of Secondary and Renewable Energy Sources / E. V. Veselovskaya, V. V. Papin, R. V. Bezuglov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2018. — Vol. 463, iss. 2. — Art. 022011. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/463/2/022011 (accessed: 09.02.21). DOI: 10.1088/1757-899X/463/2/022011

5. Parshukov, V. I. Energy-Technological Complex, Functioning on The Basis of Waste Processing Technologies / V. I. Parshukov, N. N. Efimov, V. V. Papin [et al.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2018. — Vol. 463. — Art. 042029 — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757- 899X/463/4/042029 (accessed: 09.02.21). DOI: 10.1088/1757-899X/463/4/042029

6. Бабичев, С. Инженерный анализ средствами T-FLEX / С. Бабичев // САПР и графика. — 2016. — № 12 (242). — С. 36–41.

7. Расчет рабочих характеристик узла трения «ползун — направляющие» плунжерного насоса высокого давления / С. О. Киреев, М. В. Корчагина, С. Л. Никишенко, С. С. Троянский // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. — 2018. — № 3 (199). — С. 101–106. DOI: 10.17213/0321-2653-2018-3-101-106

8. Chakherlou, T. N. An investigation about interference fit effect on improving fatigue life of a holed single plate in joints / T. N. Chakherlou, M. Mirzajanzadeh, B. Abazadeh [et al.] // European Journal of Mechanics. — 2010. — Vol. 29, iss. 4. — P. 675–682. DOI: 10.1016/j.euromechsol.2009.12.009

9. Махутов, Н. А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность / Н. А. Махутов. — Москва : Машиностроение, 1981. — 272 с.

10. Киреев, С. О. Анализ условий работы узлов трения скольжения приводной части плунжерных насосов высокого давления сервиса нефтегазовых скважин / С. О. Киреев // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2016. — № 5. — С. 25–30.

11. Киреев, С. О. Автоматизированное построение диаграмм кинематических параметров шатунно- крейцкопфного механизма / С. О. Киреев, Х. К. Кадеров, В. П. Заикин // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. — 2018. — № 3 (62). — С. 41–46.

12. Тимофеев, Г. А. Совместный метод кинематического и силового анализа сложных механических систем / Г. А. Тимофеев, Е. Г. Мор, Н. Н. Барбашов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. — 2015. — № 3 (660). — С. 11–17.

13. Сидоренко, А. С. Математическая модель кинетостатического расчета плоских рычажных механизмов / А. С. Сидоренко, А. И. Потапов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. — 2016. — № 1 (67). — С. 70–78.


Для цитирования:


Коледа Э.В., Киреев С.О., Корчагина М.В., Ефимов А.В., Шперлин Й. Прочностной анализ корпуса плунжерного насоса типа TWS 600 в системе автоматизированного проектирования Solid Works Simulation. Advanced Engineering Research. 2021;21(1):71-81. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-1-71-81

For citation:


Koleda E.V., Kireev S.O., Korchagina M.V., Efimov A.V., Sperling J. Strength analysis of the TWS 600 plunger pump body in Solid Works Simulation. Advanced Engineering Research. 2021;21(1):71-81. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-1-71-81

Просмотров: 411


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2687-1653 (Online)