6500HP型压裂泵液力端的研究

发布时间：2017-09-23 09:22

  本文关键词：6500HP型压裂泵液力端的研究

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【摘要】：在压裂泵的生产活动中,液力端是整个设备中最容易损坏的部件,这是由于液力端在不断地承受着高压甚至超高压高频的交变载荷。由于结构原因,液力端易损件的寿命往往只有几百个小时,使用周期和维修周期都很短,液力端又是整套压裂设备中价格最为昂贵的一个部件,因此尽可能提高液力端关键件的工作能力和使用寿命对生产活动和经济性方面来讲至关重要。本文在国内外已有的研究成果的基础上对6500HP型压裂泵的液力端进行了理论研究和结构设计。本文主要完成了以下几个方面的工作内容:研究了五缸柱塞泵的工作机理,对柱塞的运动情况、泵流量和压力的变化规律、泵阀的运动规律进行了系统的分析,为泵的结构设计和性能优化提供了的论依据。由于传统直通式液力端在结构上无法消除相贯线,因此由于相贯线的存在所带来的应力集中和疲劳破坏无法从根本上得到解决。因此,本文对6500HP压裂泵的液力端进行了新的设计,采用一种直通式无相贯线阀箱结构,并设计了一种新的空心柱塞以满足结构要求,同时对泵头体、泵阀以及柱塞泵的密封进行了结构设计。根据柱塞泵的性能参数,利用AutoCAD、UG对柱塞、泵头体等主要结构进行了设计和模型建立。采用ANSYS有限元分析软件对空心柱塞进行了强度分析,对空心柱塞的应力应变情况进行探究,对结构进行改进和优化。采用FLUENT软件对新型液力端内部流场进行了分析,并与传统直通式液力端流场进行对比,结果表明新型压裂泵液力端的流场情况较传统结构来说具有很大的优越性。
【关键词】：6500HP压裂泵 液力端 空心柱塞 泵阀
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 研究目的及其意义14
• 1.4 压裂泵基本结构及特点14-15
• 1.5 本文主要研究内容15-17
• 第2章 压裂泵运动学及动力学分析17-29
• 2.1 压裂泵运动规律研究17-19
• 2.2 柱塞泵的流量脉动分析19-22
• 2.2.1 柱塞泵理论流量分析19-21
• 2.2.2 理论流量脉动率及不均匀度21-22
• 2.3 五缸柱塞泵缸内压力的变化规律22-24
• 2.3.1 泵内介质的流动特征22-23
• 2.3.2 缸内液体在吸入过程中的压力变化23
• 2.3.3 缸内液体在排除过程中的压力变化23-24
• 2.4 泵阀的运动分析24-27
• 2.4.1 泵阀的结构24-25
• 2.4.2 阀盘运动规律的分析25-27
• 2.5 压裂泵功率与效率27
• 2.5.1 压裂泵的功率计算27
• 2.5.2 压裂泵的效率计算27
• 2.6 本章小结27-29
• 第3章 新型压裂泵液力端设计29-46
• 3.1 液力端总体结构方案设计29-33
• 3.1.1 新型液力端结构方案确定30-31
• 3.1.2 基本参数确定31-32
• 3.1.3 主要结构参数确定32-33
• 3.2 柱塞的结构设计33-35
• 3.2.1 柱塞的结构确定33-34
• 3.2.2 基本参数确定34-35
• 3.3 阀箱的结构设计35-37
• 3.3.1 阀箱的材料选择36
• 3.3.2 阀箱壁厚的确定及强度校核36-37
• 3.4 泵阀的结构设计37-43
• 3.4.1 阀型的选择37
• 3.4.2 泵阀的结构设计计算37-41
• 3.4.3 泵阀材料选择与强度校核41-43
• 3.5 柱塞泵密封结构设计43-45
• 3.5.1 组合式密封结构44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 空心柱塞的有限元分析及结构优化46-53
• 4.1 有限元法46-47
• 4.1.1 有限元法的发展46
• 4.1.2 有限元法的基本思想46
• 4.1.3 有限元法的软件实现46-47
• 4.2 空心柱塞的有限元分析参数47-48
• 4.2.1 承载情况47
• 4.2.2 柱塞的工况47-48
• 4.3 有限元分析预处理48-49
• 4.3.1 模型条件设计48
• 4.3.2 模型建立48-49
• 4.4 有限元分析过程49-51
• 4.4.1 结构变形有限元分析49-50
• 4.4.2 结构应力有限元分析50
• 4.4.3 结构应变有限元分析50-51
• 4.5 优化措施51-52
• 4.6 结论52
• 4.7 本章小结52-53
• 第5章 新型液力端内部流场分析53-59
• 5.1 结构与建模53-54
• 5.2 结果及分析54-58
• 5.2.1 两种结构的流场分析54-57
• 5.2.2 两种结构的压力分析57
• 5.2.3 分析结果对比57-58
• 5.3 结论58
• 5.4 本章小结58-59
• 第6章 结论与展望59-60
• 研究结论59
• 未来展望59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 附录A 攻读学位期间发表的科研成果目录64-65
• 附录B 参加科研项目情况65

【参考文献】

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本文编号：904469