随着社会的快速发展,石油的需求量日益增大。压裂泵是油气增产的重要设备,压裂泵逐步向高压力、大功率和大排量方向发展。在高压力、高排量情况下,压裂泵零部件容易发生失效,对石油的生产过程将产生直接影响。因此,本文对压裂泵液力端关键零部件进行设计、强度和疲劳分析以及优化设计等相关方面的研究,对提高液力端零部件的强度和可靠性具有重要的指导意义。本文的研究工作主要包括以下几个方面。(1)确定了压裂泵液力端的结构型式和主要结构参数,分别对泵头体、泵阀、柱塞及其密封进行了设计。确定泵头体结构型式为四通体直通式液力端,确定泵头体柱塞腔的直径、总体壁厚大小,阐述泵头体吸入(排出)盖孔、锥形孔的设计原则。选取压裂泵用阀为锥形阀,针对泵阀主要结构参数进行了设计计算。确定了柱塞直径、柱塞连接方式、柱塞材料及柱塞间隙,选取密封型式为V型密封,设计了V型密封和V型密封圈的结构型式。(2)建立泵头体有限元模型,针对一个周期中的6种工况采用ANSYS软件分别进行有限元静强度分析,得到泵头体的应力分布规律,提出相应的改进措施。在泵头体有限元静强度分析的基础上,采用FE-SAFE软件对泵头体进行疲劳分析,得到泵头体的疲劳寿命分布情况,针对提高疲劳强度提出相关措施。将凡尔座和凡尔体简化为平面轴对称模型,在二者接触锥面处建立接触对,进行有限元静强度分析,得到泵阀的应力分布情况。(3)利用Pro/E软件建立泵头体单缸参数化模型,导入ANSYS Workbench软件进行静强度分析,在静强度分析的基础上,选取内腔相贯部位圆角半径、缸腔直径为设计变量,选取最大应力为目标变量,进行优化设计。根据VB对ANSYS二次开发的基本原理,对液力端关键零部件泵头体和泵阀的有限元分析软件进行设计。