6500HP型压裂泵液力端的研究

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。

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附表索引

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的及其意义

1.4 压裂泵基本结构及特点

1.5 本文主要研究内容

第2章 压裂泵运动学及动力学分析

2.1压裂泵运动规律研究

2.2柱塞泵的流量脉动分析

2.3五缸柱塞泵缸内压力的变化规律

2.4 泵阀的运动分析

2.5 压裂泵功率与效率

2.6本章小结

第3章 新型压裂泵液力端设计

3.1 液力端总体结构方案设计

3.2 柱塞的结构设计

3.3 阀箱的结构设计

3.4泵阀的结构设计

3.5柱塞泵密封结构设计

3.6本章小结

第4章 空心柱塞的有限元分析及结构优化

4.1 有限元法

4.2 空心柱塞的有限元分析参数

4.3有限元分析预处理

4.4有限元分析过程

4.5优化措施

4.6 结论

4.7 本章小结

第5章 新型液力端内部流场分析

5.1 结构与建模

5.2结果及分析

5.3 结论

5.4本章小结

第6章 结论与展望

研究结论

未来展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的科研成果目录

附录B 参加科研项目情况