压裂泵泵头体与高压管汇耦合振动分析及隔振研究
发布时间：2020-12-06 19:45
3000型压裂车由于其压力等级高、排量大、脉冲流量不稳定等特点,在压裂作业过程中,存在着严重的振动现象。压裂管汇为易损件,其高压弯头常出现刺漏、爆裂等事故,严重影响压裂作业现场安全及作业进度。本文建立了压裂管汇在压裂工况下的流固耦合振动方程,并使用数值模拟的方法进行了高压管汇振动特性分析以及隔振方案研究。对高压管汇进行了空管模态以及流固耦合模态分析,并进行了包含高压管汇前六阶模态频率的谐响应分析,根据管汇响应提出了针对性的管汇约束方案。对四、五、六三个档位工况下下高压管汇进行了瞬态响应分析,并将考虑和不考虑压裂液流固耦合作用下高压管汇响应进行了对比分析。采用单因素法对压裂泵排量和压裂泵负载压力进行研究,得到了排量与负载压力对高压管汇瞬态响应的影响规律;根据机械隔振基本原理提出压裂高压管汇隔振方案,并对隔振效果进行了验证。研究结果表明:考虑流固耦合时,压裂管汇的各阶固有频率有所升高,对应振幅增加11%~28%,各阶振型基本相似。三阶固有频率(72Hz)激振下,位移响应最大;压裂工况下,高压管汇最大等效应力出现在与地面管汇连接的弯管上,最大变形出现在直管段;高压管汇在各档位下,考虑流固耦合...
【文章来源】：长江大学湖北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
五种振动控制方法
做往复直线运动。压裂泵的各缸体内的柱塞往复运动是造成泵头体振动的主要原因。另外，压裂车柴油机工作时的周期性激励、液力端高低压液体压力、激荡力等振动源共同构成了压裂泵的振动的激励源。本文分析模型为中石化第四石油机械厂 3000 型压裂泵出口高压管汇，根据3000 型压裂泵及排出管汇的工程图，在 Solidworks 软件中建立压裂泵泵头体与高压管汇的三维模型，其中泵头体振动方向示意如图 2-1 所示。高压管汇各参数如表 2-1 所示，管汇从进口到出口总长为 2.9m。
本文在第四档位工况下，对管汇以及流，当流场网格数量达到 40 万以后，随着网格数量的常小；当管汇的网格数量达到 40 万以后，随着网格作用时，管汇的各阶模态频率变化小于 5%，即网格略，因此流场网格数量约取 40 万。使用四面体网格对出 45 万个网格。网格按照与流体网格单元大小相匹配的原则，用四面模型进行划分，选定管汇与泵头体的接触面以及法兰荷面，并对受载荷面进行细化，共划分出 54 万个网如图 2-2 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]北美页岩油气重复压裂关键技术及建议[J]. 光新军,王敏生. 石油钻采工艺. 2019(02)
[2]考虑流固耦合的双弯头压裂管汇的振动特性[J]. 祝效华,曾云义,陈波,陶浩然. 天然气工业. 2018(01)
[3]大型压裂装备应用问题解析及发展方向[J]. 吴汉川. 石油机械. 2017(12)
[4]基于模态和谐响应分析的压缩机管系振动分析[J]. 陈景春,张丽,杜胜民,孙铁,张素香. 石油化工高等学校学报. 2017(03)
[5]大功率压裂车振动特性分析与减振方法研究[J]. 欧阳峰. 内燃机与配件. 2017(07)
[6]低油价下北美地区降低钻完井作业成本的主要做法及启示[J]. 田洪亮,吕建中,李万平,杨金华,郭晓霞,孙乃达,焦姣. 国际石油经济. 2016(09)
[7]高压作业下管汇的空间流固耦合分析[J]. 孙汝奇,岳爱丽,刘忠砚,刘健. 石油机械. 2016(07)
[8]国内大型压裂装备发展现状及分析[J]. 彭俊威,周青,戴启平,王来智,刘勇,何昀宾,黄希. 石油机械. 2016(05)
[9]压裂车的研究现状与发展方向[J]. 赵绪平,李志波,孙奉道,车永顺. 天然气与石油. 2015(05)
[10]压裂过程中高压管线的振动研究[J]. 周志宏,段梦桂,曾华. 石油机械. 2010(12)
硕士论文
[1]压裂工况下管柱流固耦合振动特性分析[D]. 黄宇曦.西安石油大学 2018
[2]大型压裂泵车作业工况振动控制方法研究[D]. 马晓伟.中国石油大学(华东) 2015
[3]基于嵌入式系统高精度隔振平台主动控制方法研究[D]. 刘品龙.哈尔滨工业大学 2012
[4]多自由度动力吸振器的优化设计[D]. 姚勇政.西安建筑科技大学 2011
[5]数控镗铣床动态特性研究[D]. 吕建法.西南交通大学 2010
[6]电磁式半主动吸振器研制及其在汽车振动控制中的应用[D]. 赵国迁.哈尔滨工程大学 2007
[7]数控落地铣镗床主轴箱动力学分析与结构设计研究[D]. 畅越星.兰州理工大学 2007
[8]梁的振动主动控制技术研究[D]. 吴召明.北京邮电大学 2006
[9]空气弹簧在光学平台隔振系统中的应用研究[D]. 赵建文.西安电子科技大学 2006
本文编号：2901930
【文章来源】：长江大学湖北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
五种振动控制方法
做往复直线运动。压裂泵的各缸体内的柱塞往复运动是造成泵头体振动的主要原因。另外，压裂车柴油机工作时的周期性激励、液力端高低压液体压力、激荡力等振动源共同构成了压裂泵的振动的激励源。本文分析模型为中石化第四石油机械厂 3000 型压裂泵出口高压管汇，根据3000 型压裂泵及排出管汇的工程图，在 Solidworks 软件中建立压裂泵泵头体与高压管汇的三维模型，其中泵头体振动方向示意如图 2-1 所示。高压管汇各参数如表 2-1 所示，管汇从进口到出口总长为 2.9m。
本文在第四档位工况下，对管汇以及流，当流场网格数量达到 40 万以后，随着网格数量的常小；当管汇的网格数量达到 40 万以后，随着网格作用时，管汇的各阶模态频率变化小于 5%，即网格略，因此流场网格数量约取 40 万。使用四面体网格对出 45 万个网格。网格按照与流体网格单元大小相匹配的原则，用四面模型进行划分，选定管汇与泵头体的接触面以及法兰荷面，并对受载荷面进行细化，共划分出 54 万个网如图 2-2 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]北美页岩油气重复压裂关键技术及建议[J]. 光新军,王敏生. 石油钻采工艺. 2019(02)
[2]考虑流固耦合的双弯头压裂管汇的振动特性[J]. 祝效华,曾云义,陈波,陶浩然. 天然气工业. 2018(01)
[3]大型压裂装备应用问题解析及发展方向[J]. 吴汉川. 石油机械. 2017(12)
[4]基于模态和谐响应分析的压缩机管系振动分析[J]. 陈景春,张丽,杜胜民,孙铁,张素香. 石油化工高等学校学报. 2017(03)
[5]大功率压裂车振动特性分析与减振方法研究[J]. 欧阳峰. 内燃机与配件. 2017(07)
[6]低油价下北美地区降低钻完井作业成本的主要做法及启示[J]. 田洪亮,吕建中,李万平,杨金华,郭晓霞,孙乃达,焦姣. 国际石油经济. 2016(09)
[7]高压作业下管汇的空间流固耦合分析[J]. 孙汝奇,岳爱丽,刘忠砚,刘健. 石油机械. 2016(07)
[8]国内大型压裂装备发展现状及分析[J]. 彭俊威,周青,戴启平,王来智,刘勇,何昀宾,黄希. 石油机械. 2016(05)
[9]压裂车的研究现状与发展方向[J]. 赵绪平,李志波,孙奉道,车永顺. 天然气与石油. 2015(05)
[10]压裂过程中高压管线的振动研究[J]. 周志宏,段梦桂,曾华. 石油机械. 2010(12)
硕士论文
[1]压裂工况下管柱流固耦合振动特性分析[D]. 黄宇曦.西安石油大学 2018
[2]大型压裂泵车作业工况振动控制方法研究[D]. 马晓伟.中国石油大学(华东) 2015
[3]基于嵌入式系统高精度隔振平台主动控制方法研究[D]. 刘品龙.哈尔滨工业大学 2012
[4]多自由度动力吸振器的优化设计[D]. 姚勇政.西安建筑科技大学 2011
[5]数控镗铣床动态特性研究[D]. 吕建法.西南交通大学 2010
[6]电磁式半主动吸振器研制及其在汽车振动控制中的应用[D]. 赵国迁.哈尔滨工程大学 2007
[7]数控落地铣镗床主轴箱动力学分析与结构设计研究[D]. 畅越星.兰州理工大学 2007
[8]梁的振动主动控制技术研究[D]. 吴召明.北京邮电大学 2006
[9]空气弹簧在光学平台隔振系统中的应用研究[D]. 赵建文.西安电子科技大学 2006
本文编号：2901930
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