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化工机械
2013年
钻井分流器壳体的有限元分析
般国华侯作富
(1.苏州道森钴采设备股份有限公司;2.长江大学机械工程学院)
摘要通过 Solidworks中的 Simulation软件对钻井分流器売体进行分析,在额定工作压力和静水压试
验压力下分别分析壳体受压应力区,验证壳体的设计的合理性,进而对其设计进行优化。
关键词钻井分流器 Simulation软件有限元应カ分析优化
中图分类号TE931
文献标识码A
文章编号0254-6094(2013)03-0376-03
钻井分流器又称导流器,是海洋平台钴井系2钻井分流器壳体模型建立及网格划分
统的重要组成部分,它的主要作用是在浅表层井
钻井分流器壳体为对称结构的回转体,建模
眼钴探中遇到浅层气时,可以关闭井口的钻杆或时只建立壳体的1/4结构的三维模型。用软件中
套管环空,同时通过分流器上的指定放喷管线将的旋转命令完成三维模型的绘制。如图1所示,
其排放到合适的地点,从而保障钴井平台人员和对壳体进行有限元网格划分,共划分61405个单
设备的安全。分流器系统在美国等发达国家已非元,100631个节点。
常成熟。笔者以29-1/2"-500分流器为例,利用
Solidworks中的 Simulation软件对其壳体进行有
限元分析,分别研究钴井分流器壳体在额定工作
压力和静水压试验压力下的应力、应变,得出应
力、应变分部云图,并按照ASME规范对有限元计
算结果进行分析讨论和强度验证,进而对其进行
设计优化。
1钻井分流器売体计算
本实例中钴井分流器壳体材料为低碳合金钢
25 CRNIMO,材料最小屈服强度517MPa,断裂极
限655MPa。按ASME锅炉和压力容器规范第MⅧ
卷第2册附录4-22所叙述的设计方法,壳体设
图1壳体模型
计许用应力按下列准则限定:
3有限元分析
S,=0.9σ强度校核条件为o,'≤S
3.1壳体额定工作状态应力分析
Sn=2/3,强度校核条件为σ,≤S
分析边界条件和载荷条件,在壳体的两个对
式中S。一额定工作压力下的设计应力强彦称面上施加对称约束,売体下法兰定义为固定终
静水压试验压力下的最大许用的
東;在额定工作状态时,壳体承受两个压力:作用
主膜应力强度;
在壳体液控腔从控制系统来的液压油压力,大小
.一壳体材料规定的最小屈服强度。
为10.3MPa;壳体内腔与井液接触的面承受的井
殷国华,男,1984年8月生,在职硕士研究生。江苏省苏州市,215137。
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第40卷第3期
化工机械
压,大小为3.4MPa。売体顶部承受顶盖作用的227.5MPa。売体顶部最大弹性位移量为
力。如图2所示,应力集中点最大等效应力为1.43mm。
won Xiss (W/an 2 (Mpa))
1.428+000
208.6
1.909e+000
1190e+000
1.071e+000
133.0
8.333-001
7.1426-001
3.571e=001
2.31e-001
1,190-00t
R大1.428e+000
1.000e-030
图2壳体领定工作状态应力和位移
3.2壳体静水压试验状态应力分析
受5.2MPa的压力;売体顶部承受顶盖作用的力。如
在壳体的两个对称面上施加对称约束,壳体图3所示,应力集中点最大等效应力为356.9MPa
下法兰定义为固定约束;额定工作状态时売体承壳体顶部最大弹性位移量为1.87mmo
1.T10e+0
1.555e+000
23.1
1244e+000
3
95t00
100e-0302
图3売体静水压试验状态应力和位移
4强度校核
部与液压控制腔的结合处。静水压试验应力下的
在壳体额定工作状态时,通过对应力云图的强度条件为
分析可以得出,壳体上应力最大值在下法兰颈部
与液压控制腔的结合处。根据ASME规范应力分
其中o,=517MPa,则1.35o,=698MPa。从
类的理论,壳体受内压时,该处有展开的趋势,其应力云图可以看出最大应力点的等效应力为
最大应力点的等效应力是由一次薄膜应力。和356.9MPa≤1.350,
次弯曲应力o叠加而成的。额定工作压力下
综上,通过对壳体应力和位移分布图的分析,
的强度条件为
最大应力点的等效应力都没有超过设计值,根据
Ta+、≤
钻井分流器的结构,其最大位移也在设计范围之
其中c,=517MPa,从应力云图可以看出最大内,符合规范要求。在壳体额定工作状态和静水
应力点的等效应力为227.5MPa≤o,。
压试验状态,应力最大值都在下法兰颈部与液压
在壳体静水压试验状态时,通过对应力云图控制腔的结合处。此处的强度设计是本实例的关
的分析可以得出,壳体上应力最大值在下法兰颈键,设计时应严格按照ASME规范的要求进行。
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