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织构化柱塞对压裂泵密封副的摩擦学性能影响

摩擦学学报 2014年第4期34卷 364-370页

作者：何霞钟林王国荣杨昌海蒋龙西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500

采用精密机械雕刻技术在压裂泵柱塞试样表面雕刻微凹坑阵列表面织构,利用MDW-100型微机控制立式万能摩擦磨损试验机对具有不同尺寸形状的微凹坑柱塞-丁晴橡胶密封试样进行摩擦磨损试验,研究了织构化柱塞试件与丁晴橡胶摩擦副在流体动压... 详细信息

采用精密机械雕刻技术在压裂泵柱塞试样表面雕刻微凹坑阵列表面织构,利用MDW-100型微机控制立式万能摩擦磨损试验机对具有不同尺寸形状的微凹坑柱塞-丁晴橡胶密封试样进行摩擦磨损试验,研究了织构化柱塞试件与丁晴橡胶摩擦副在流体动压润滑条件下的润滑特性.结果表明:压裂泵柱塞试件表面合理织构组合可以显著地提高柱塞密封系统摩擦副的润滑和减摩性能,其中面积比为5.86%、均匀分布的圆柱形与条形混合凹坑织构是较优的,其摩擦副的摩擦系数、温升及磨损量相对于无织构试件分别降低了80%、90%及79.3%,且表面磨痕也显著低于无织构及其他织构组合的柱塞密封摩擦副.

关键词：压裂泵柱塞机械雕刻表面织构摩擦

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压裂泵往复密封性能及机理研究

天然气工业 2006年第1期26卷 60-62页

作者：朱维兵周锡容成愈王潜龙张建设西华大学西南石油大学中国石油长庆石油勘探局钻井总公司

根据流体动压润滑理论,对压裂泵柱塞密封摩擦副的润滑机理进行了理论分析。在排出和吸入行程,柱塞密封摩擦副均能满足流体动压润滑的条件,即在柱塞与密封界面上能形成并保持一定厚度的油膜润滑密封,从而达到减小摩擦提高寿命的目的;建... 详细信息

根据流体动压润滑理论,对压裂泵柱塞密封摩擦副的润滑机理进行了理论分析。在排出和吸入行程,柱塞密封摩擦副均能满足流体动压润滑的条件,即在柱塞与密封界面上能形成并保持一定厚度的油膜润滑密封,从而达到减小摩擦提高寿命的目的;建立了摩擦界面油膜厚度和泄漏量的计算公式。利用有限元法理论,对密封圈的压力沿轴向的分布规律、泄漏量与压力变化关系进行了模拟计算。对往复密封圈沿轴向压力分布、泄漏量随压力变化进行了测试;试验结果表明,建立的计算模型具有较高的计算精度,揭示了压裂泵的密封机理。

关键词：压裂泵往复密封有限元法压力分布密封机理

滑履与导板间隙和供油流量对6000HP压裂泵润滑冷却状态影响研究

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工程设计学报 2020年第1期27卷 59-66页

作者：黄志强张文远马亚超李刚吴小红西南石油大学机电工程学院四川成都610500 西南石油大学石油天然气装备教育部重点实验室四川成都610500 中国石油集团川庆钻探工程公司地质勘探开发研究院四川成都610051

目前,仅依靠人工经验调节压裂泵滑履与导板间隙和确定润滑油供油流量,缺乏科学依据和理论指导,导致滑履和导板磨损、烧瓦时有发生,严重缩短了压裂泵使用寿命,影响压裂作业生产安全。为此,针对6000HP压裂泵,研究了润滑油作用下压裂泵滑... 详细信息

目前,仅依靠人工经验调节压裂泵滑履与导板间隙和确定润滑油供油流量,缺乏科学依据和理论指导,导致滑履和导板磨损、烧瓦时有发生,严重缩短了压裂泵使用寿命,影响压裂作业生产安全。为此,针对6000HP压裂泵,研究了润滑油作用下压裂泵滑履与导板间的摩擦生热、散热机理,推导了滑履与导板间隙和供油流量对压裂泵润滑冷却状态的影响规律,并在压裂泵试验平台上进行了验证试验。结果表明:随着滑履与导板间隙减小,润滑油温度变化愈加明显,当滑履与导板间隙小于0.2 mm时,润滑油温度会达到360 K,超过所选润滑油的许用工作温度;供油流量的增大会使润滑油温度降低,但当供油流量超过2 L/min时,供油流量对润滑油温度的影响并不显著。研究结果可为合理制定压裂泵滑履与导板间隙、润滑油供油流量提供理论依据和设计参考。

关键词：压裂泵滑履与导板间隙供油流量润滑温升

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基于CFD压裂泵泵阀结构冲蚀流场研究

系统仿真学报 2018年第2期30卷 629-635页

作者：莫丽王晓兵王军张光才西南石油大学机电工程学院四川成都610500 宝鸡石油机械有限责任公司陕西宝鸡721000

针对压裂泵泵阀冲蚀磨损严重的特点,利用CFD软件对泵阀阀隙流域进行流场仿真计算,得到不同泵阀升程、冲次、凡尔胶皮突出高度h_1和凡尔胶皮接触长度L的流场分布状态。结合压裂泵泵阀的失效机理,通过对计算结果中的流场状态分析表明:小... 详细信息

针对压裂泵泵阀冲蚀磨损严重的特点,利用CFD软件对泵阀阀隙流域进行流场仿真计算,得到不同泵阀升程、冲次、凡尔胶皮突出高度h_1和凡尔胶皮接触长度L的流场分布状态。结合压裂泵泵阀的失效机理,通过对计算结果中的流场状态分析表明:小升程下,阀隙流速最大;高冲次会提高流速和增大泵阀滞后高度;h_1的值越大,阀盘对阀座冲击越小,但阀隙最大流速增大,阀隙过流面积减小;L的值越小,阀盘对阀座冲击越大,但流速减小,且有利于减小泵阀的冲蚀磨损。

关键词：压裂泵泵阀冲蚀失效仿真计算

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压裂泵柱塞密封的改进设计

天然气工业 2007年第6期27卷 103-105页

作者：朱维兵晏静江周锡容西华大学机械工程与自动化学院西南石油大学

压裂泵柱塞密封性能好坏与使用寿命的长短直接影响压裂酸化作业的正常实施,密封不良将带来很大的维护工作量。为适应油气井增产的需要,对OPI-1800AWS型压裂泵柱塞密封的结构特点进行了分析,并结合生产和应用实际分析了柱塞密封失效和泄... 详细信息

压裂泵柱塞密封性能好坏与使用寿命的长短直接影响压裂酸化作业的正常实施,密封不良将带来很大的维护工作量。为适应油气井增产的需要,对OPI-1800AWS型压裂泵柱塞密封的结构特点进行了分析,并结合生产和应用实际分析了柱塞密封失效和泄漏的原因,提出了一种油田压裂用柱塞密封的结构改造方案,即通过提高柱塞表面质量,优选密封圈材质,改进密封圈的结构,增加擦拭环,保证柱塞往复运动时与缸套的同轴度,可以提高摩擦副的密封效果和延长柱塞密封的使用寿命。柱塞密封结构改造后,柱塞寿命提高到15个月,密封圈寿命延长了2倍。

关键词：压裂泵活塞密封优化设计

压裂泵泵阀变形及应力分布规律的有限单元法分析

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石油机械 1991年第4期19卷 39-43页

作者：周秋沙周锡容西南石油学院机械系

利用有限单元法,计算分析了在特定工况下不同阀面锥角的压裂泵阀座的变形和应力及其分布规律,指出:阀座通孔孔边径向变形随阀面锥角的增大而增大;阀面半锥角为60°时,最大综合应力最小,大于或小于60°时,最大综合应力都将增大;阀座上的... 详细信息

利用有限单元法,计算分析了在特定工况下不同阀面锥角的压裂泵阀座的变形和应力及其分布规律,指出:阀座通孔孔边径向变形随阀面锥角的增大而增大;阀面半锥角为60°时,最大综合应力最小,大于或小于60°时,最大综合应力都将增大;阀座上的两个高应力分布区,分别位于工作阀面金属接触区表层和阀座通孔上部表层;从阀座通孔表面及工作阀面表面向内深入超过2mm的区域,综合应力值一般为250～260MPa。阀座通孔表层高应力区的发现,表明强化表层以提高阀座整体强度的必要性。

关键词：压裂泵泵阀变形应力分布

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压裂泵的数值分析及仿真标定验证

机械设计与研究 2023年第6期39卷 205-210页

作者：曹峰胡波王安伟刘永亮长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114 三一能源装备有限公司湖南株洲412000

在页岩气及石油的压裂作业下,压裂泵承载着由曲柄旋转做功产生的周期性的复杂交变载荷,其结构易发生焊缝开裂及疲劳失效等问题,且其试验费用及现场返工成本大。为此,基于压裂泵动力特性分析及有限元强度分析两条技术路线对其问题提供了... 详细信息

在页岩气及石油的压裂作业下,压裂泵承载着由曲柄旋转做功产生的周期性的复杂交变载荷,其结构易发生焊缝开裂及疲劳失效等问题,且其试验费用及现场返工成本大。为此,基于压裂泵动力特性分析及有限元强度分析两条技术路线对其问题提供了解决方案。第一条路线,对压裂泵进行模态及谐响应分析,剖析其动态特性,提取了泵壳模态,并识别了易诱发振动的地方,规避了系统共振的风险。第二条路线,基于Adams软件搭建了考虑传动结构和运动参数的高功率压裂泵的多体动力学模型,不仅实现了泵的运动仿真,同时提取了运动工况下各轴承座、十字头,柱塞等关键位置的受力载荷,将所获取的载荷作为有限元边界条件,对泵壳进行强度仿真分析,对其应力、位移过大地方进行优化改进并选代仿真分析。最后,通过压裂泵仿真标定试验,测试了有限元的分析精度,从而验证载荷提取及有限元分析的准确性。本文的研究工作可为驱动产品的正向设计及产品优化提供较好的理论依据及技术支持。

关键词：压裂泵动态特性多体动力学标定试验

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压裂泵泵阀失效分析

石油机械 1990年第9期18卷 21-24,56页

作者：周锡容罗安贤王子瑜齐树敏周秋沙西南石油学院

对U类和O类泵阀的失效分析表明,压裂泵泵阀受高压冲击载荷和高含砂高酸度压裂酸化液冲蚀作用,产生磨料磨损、冲蚀磨损和疲劳磨损,导致密封失效,使用寿命低。为提高泵阀使用寿命,应优化阀锥角、阀盘结构及密封胶圈形状;选用合适的泵阀材... 详细信息

对U类和O类泵阀的失效分析表明,压裂泵泵阀受高压冲击载荷和高含砂高酸度压裂酸化液冲蚀作用,产生磨料磨损、冲蚀磨损和疲劳磨损,导致密封失效,使用寿命低。为提高泵阀使用寿命,应优化阀锥角、阀盘结构及密封胶圈形状;选用合适的泵阀材料和热处理工艺,提高泵阀心部硬度,增加高硬度层厚度,改善其使用性能。

关键词：压裂泵泵阀失效分析

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压裂泵泵头体内腔相贯线裂尖J积分研究

石油机械 2018年第11期46卷 85-90页

作者：魏超周思柱华剑张思长江大学机械结构强度与振动研究所

对于三维形式的裂纹问题,尤其是结构相对复杂,以角裂纹形式存在于十字形内腔相贯线处的裂纹问题尚没有适用的方法描述。鉴于此,针对压裂泵泵头体主要的失效形式,建立了含有不同尺寸角裂纹的有限元模型,计算了裂纹前缘J积分及裂尖塑性区... 详细信息

对于三维形式的裂纹问题,尤其是结构相对复杂,以角裂纹形式存在于十字形内腔相贯线处的裂纹问题尚没有适用的方法描述。鉴于此,针对压裂泵泵头体主要的失效形式,建立了含有不同尺寸角裂纹的有限元模型,计算了裂纹前缘J积分及裂尖塑性区尺寸。综合有限元分析和理论结果发现:随着裂纹长度的增加,裂纹前缘J积分逐渐增大但增幅逐渐减小,且吸入腔表面裂纹尖端J积分大于柱塞腔,内腔几何特征影响J积分分布;裂纹尖端塑性区形态为鱼尾形,断裂模式仍由I型断裂模式主导;沿裂纹面方向裂纹前缘塑性区尺寸与J积分分布规律一致,裂纹端部由于存在压力约束,实际计算塑性区尺寸较平面应力条件下差异较大,J积分最小处的塑性区尺寸与平面应变条件下的理论公式计算值非常接近。所得结论可为研究塑性区尺寸对压裂泵泵头体内腔相贯线裂纹扩展影响奠定基础。

关键词：压裂泵泵头体角裂纹 J积分塑性区有限元模型