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我国有18000公里之巨的海岸线,蕴藏着丰富的油气资源。随着经济和技术的发展钻井开采的工作重点逐渐向海洋和地表深层、超深层勘探开发,对钻井泵的要求也是越来越高。因此新型大功率、大排量、高泵压、性能稳定可靠的钻井泵的研发至关重要。钻井泵被誉为钻机的“心脏”,是钻机的重要组成部分,它为泥浆的循环提供动力保障。想要提高大功率高泵压钻井泵的使用可靠性和工作效率就必须提高钻井泵液力端易损件的使用寿命。本文研究对象为目前国内外最大功率的3500HP型大功率高泵压钻井泵,主要对3500HP型钻井泵液力端的活塞缸套结构进行了创新设计;并对液力端的主要参数、耐高压泵阀总成、液缸的结构进行了研究与优化设计。主要研究内容如下:(1)缸套是液力端的易损件,它的使用寿命直接影响着钻井成本。缸套受到工作环境和工作方式的限制,其磨损失效是必然的。本文对缸套结构做了创新设计,组装式陶瓷缸套有效的提高了材料的利用率和缸套的使用寿命,并节省了钻井成本。通过分析软件ANSYS Workbench对组装式陶瓷缸套做了结构静力分析,得出了缸套的总位移应变、等效应力和主应力分布图并与双金属缸套进行了对比,论证了组装式陶瓷缸套的合理性和优越性。(2)泵阀作为钻井泵液力端的易损件,其使用寿命严重影响着钻井泵的工作效率。本文对3500HP型钻井泵泵阀的结构进行了研究设计,并通过软件FLUENT和ANSYS LS-DYNA对泵阀的阀隙流场和泵阀冲击特性做了分析,研究了30°~90°之间不同锥角泵阀的阀隙流场和冲击特性。通过对比选取合适锥角的泵阀,大大改善了泵阀的密封和冲蚀磨损,有效地提高了泵阀的工作效率和使用寿命。(3)液缸是钻井泵的主要承压关键零件之一,因其内部结构形状复杂,容易会形成应力集中的部位,且与流体介质直接接触,而且易受到内压交变载荷作用后受损。本文通过对液缸的参数与结构进行优化设计,使得液缸能够达到大功率高泵压钻井泵的使用要求,从而使液缸的可靠性和使用寿命得到提高。