抽油机整体结构应力ANSYS分析

2017-03-07 by:CAE仿真在线来源:互联网

一、工程背景

“单曲柄倍程抽油机”是为了满足低产量油井开发的一种新型抽油机,这种抽油机工作状态完全不同于现有的游梁式抽油机,原来很多成熟的配套技术都无法直接应用。

经大庆油田采油三厂技术人员的研究和实验,已取得一定成效,但离工程推广应用还有相当大的差距。委托我校完成的“单曲柄倍程抽油机设计理论及实验研究”项目,使抽油机整体结构和零部件、传动系统、柔性抽油杆柱、柔性传动体和吊卡具产品,具有设计理论支承和科学依据,从而确保这些产品能够更好的工作,为工程推广应用奠定坚实基础。

二、力学模型

曲柄和牵引带结构的位置随时间变化,属于机构动力学问题,作用在主轴、悬臂轮轴、左右轮轴、销轴等部件的载荷通过公式计算求出。

细长部件处理成具有实际横截面几何特征的梁结构,采用BEAM188单元离散;二维特征比较明显的部件处理成板壳结构,采用SHELL93单元离散;复杂的三维部件处理成空间结构,采用SOLID185单元离散。经过简化和离散,该抽油机结构的有限元模型是一个由梁、板壳、实体组成的混合单元模型。采用多点约束方法,对不同单元类型进行连接。

三、分析计算与结果

在悬点载荷为3kN~20kN作用下,机座、机身主体的位移和应力都较小,而机身横支架与悬臂结构都比较大;从整机来看,井口立杆左右装最大总位移为2.42mm、最大应力为195.1MPa,立杆前后装时最大总位移为1.48mm、最大应力为102.7MPa,抽油机各部件均满足强度条件;从悬臂结构来看,左右装和前后装最大应力分别为195.1MPa、81.2MPa,前后装应力比左右装减小58.4%,总位移减小38.8%,井口立杆的支撑方式前后安装优于左右安装。