反求分析在1400型压裂泵动力端改进中的应用

针对HQ1400型压裂泵在引进10余年后相继发生动力端非易损件损坏、失效等一系列问题,研究基于反求工程技术展开,在对HQ1400型压裂泵实物的深入推敲和对方案的反复论证基础上,通过反求分析、实物学习、CAD建模、材料分析、有限元分析和研究,最终确定了新设计的1400型压裂泵动力端的总体结构形式为五缸、单作用、往复式柱塞泵,基本的结构为曲柄滑块机构和蜗轮蜗杆传动。通过系统的理论研究和结构分析,设计出了一种满足同等工况要求的1400型压裂泵。该研究方法可为相关产品的研究提供参考。     

压裂泵柱塞密封副有限元分析

用有限单元法对OPI-1800AWS型压裂泵柱塞密封副进行了有限元分析,获得了橡胶密封圈与柱塞之间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。计算表明:橡胶密封圈在工作介质压力的作用下,有“偏离效应”的存在。即在密封圈的接触宽度上,唇部受拉伸,根部受压缩,主密封在靠近唇部位置;同时,主密封带的位置不随介质压力的变化而变化,且最大接触应力与工作介质压力之比为1.23。所有这些为润滑状态和密封机理的分析提供了计算依据,同时为密封圈结构设计提供了新的认识和理论依据     

油膜轴承静压润滑系统的几点设计体会

1　油膜轴承静压润滑系统的基本情况酒钢、恒通精密薄板厂的静压润滑系统选用的是德国URACA公司的KD716型水平三柱塞泵。酒钢选用的是卧式,外形尺寸长×宽×高=2050mm×850mm×1280mm。控制特点是:电磁换向阀通电,控制气动卸荷阀接通,系统卸荷;电磁换向阀失电,控制气动卸荷阀断开,系统加载。此时静压润滑系统与动压润滑系统一起工作,即轧制速度达到动压润滑系统形成油膜的速度后,静压润滑系统仍然和动压润滑系统一起向油膜轴承供油,见图1。图1　　KD716型静压泵的主要参数:技术参数:柱塞直径:14mm;行程:70mm运行参数:工作介质:润滑油I…     

柱塞副微运动轨迹及微倒角对其影响分析

针对轴向柱塞泵柱塞副由于接触造成的磨损问题,建立了柱塞副油膜弹性流体动压润滑数值仿真模型,在此基础上分析了柱塞在缸体孔内微运动轨迹及柱塞与缸体接触状态.提出了柱塞微深度倒角的结构改进措施,通过仿真对比了不同尺寸倒角对接触程度的影响.结果表明:微深度倒角有利于减少柱塞与缸体孔的接触,倒角深度对减少接触的作用比倒角长度更加明显;所提出的数值模型和改进措施有利于实现柱塞泵的优化设计,通过降低柱塞副的磨损最终提高柱塞泵的寿命和可靠性.     

深水环境下压力补偿泵柱塞副的润滑特性分析

压力补偿式柱塞泵可较好地适应深水极端环境,但深水极端环境会使柱塞副的润滑特性发生改变,影响其水下工作性能和应用范围。以压力补偿泵柱塞副油膜的润滑特性为研究对象,考虑深水温度、压力等环境因素对黏度、密度等介质属性的影响,建立深水环境下柱塞副油膜的数值模型,提出在柱塞偏心方向采用坐标轮换寻优和有限差分离散有机结合的方法求解柱塞副膜厚等表征润滑特性的参数。结果表明,在水深1 000 m,主轴转角约90°时,柱塞副油膜出现小于1 μm的极薄区域,且压力极差达80 MPa。改变主轴转速和斜盘倾角时,泄漏量和轴向摩擦力的变化较大气工况下更显著。不同水深下,轴向摩擦力与水深间呈正相关变化,泄漏量的变化则相反。相关研究可为深水环境下泵柱塞副的设计和开发提供有益参考。     

井下抽油泵运动副合理尺寸的选用

以流体动力学为基础，根据从柱塞－泵筒运动副在井底流场下的变形、柱塞－泵筒运动副的流体润滑特性、漏失特性和柱塞泵筒运动副的能耗特性，研究了柱塞－泵筒运动几何尺寸的合理选取方法和选取公式．结果表明，运动副在液压力作用下呈“Ｖ”字形，应注意防砂和排砂．下井后运动副的间隙值会有较大改变，地面试验的间隙值只能作为参考，同时应改进现有抽油泵试验台的模拟条件．柱塞的有效长度、柱塞－泵筒相对运动速度和柱塞－泵筒初始间隙是相互关联的三个因素，选取时应综合考虑井深、抽汲液粘度、井温、排量、加工成本和工作可靠性等影响，以取得较好的经济技术指标．     

基于热固耦合的压裂泵泵头体工作特性研究

压裂泵泵头体是压裂工艺装备中的重要组成部分,其承载能力对压裂工艺技术的发展具有较大影响。针对泵流体吸入排出运动特性分析,建立了柱塞以及输出流量的运动规律曲线,完成了泵头体的热传递以及热变形分析。基于workbench软件热固耦合方法,获得了泵头体内腔的温度场以及应力应变分布场。结果表明:内腔温度场沿水平方向热传导速率最快;泵头体内部结构之间的相互约束及结构的应力集中性是导致温度场热应力产生原因,主要分布在内腔表面以及沿表层内侧厚度60 mm范围内;热应力的存在提高了整个内腔壁面的应力,但对相贯线处应力有一定改善作用。从热固耦合角度研究泵头体正常工况下承载性能,为泵头体的设计提供新思路。     

柴油机电控组合泵燃油喷射系统匹配仿真分析

利用AMESim软件建立了某柴油机电控组合泵燃油喷射系统仿真模型.通过喷油特性实验验证模型准确性后,仿真分析了喷孔直径、凸轮型线速度和柱塞直径等主要因素对喷射性能影响规律;并通过正交实验设计,开展了燃油喷射系统结构参数优化匹配分析,得到了两组优化的结构参数方案,即喷油器孔径0.24 mm,凸轮型线速度0.46 mm/(°AC)、柱塞直径15 mm和喷油器孔径0.26 mm,凸轮型线速度0.46 mm/(°AC),柱塞直径15 mm两组,为燃油喷射系统的匹配设计提供参考.     

进口压力对正开口配流盘轴向柱塞变量泵斜盘力矩的影响

以某型具有正开口配流盘结构的闭式斜盘轴向柱塞变量泵为例,建立了单柱塞腔可压缩配流模型和斜盘力矩计算公式,得出配流盘吸排油过流断面面积变化曲线和单柱塞腔预升压、预卸压曲线,研究了不同进口压力下斜盘力矩的变化规律.结果发现随着泵进口压力的增大,斜盘绕三个坐标轴上所受力矩平均值均有不同程度的减小,其中变量力矩脉动幅值明显减小,适当增大入口压力有利于减小泵的变量力矩和减弱斜盘的机械振动.     

旋回破碎机的润滑系统改造

详细分析了PX1400／170型液压破碎机润滑系统油温过高问题,进行设计改造,在生产中取得了良好的经济效益．     

织构对称性对润滑减磨性能影响的仿真和实验研究

基于雷诺方程建立单一织构动压理论模型,通过对理论模型求解研究织构对称特性对动压润滑性能的影响差异.此外,开展压裂泵柱塞密封副销、盘单元摩擦学实验,对比单元摩擦学实验结果讨论织构对称特性的影响.数值计算结果表明,不同对称特性下,动压润滑性能与织构最长边长和速度的夹角关系及速度的方向有关.摩擦实验结果表明,基于捕获磨屑、补充润滑介质的作用机理,不同织构对称特性条件下,均表现为织构垂直速度方向边长越长、织构表面的摩擦磨损性能越好.     

基于自适应模糊PID的径向柱塞变量泵电液伺服控制

针对电液伺服控制径向柱塞变量泵变量机构,设计了自适应模糊PID控制器,并通过计算机仿真,再现了系统跟踪阶跃信号的系统响应,仿真结果表明,基于自适应模糊PID控制器的电液伺服控制径向柱塞变量泵具有良好的动态性能。     

软柱塞密封泵的研制与应用

针对机采井检泵作业成本高,工序复杂的问题,开展了软密封柱塞抽油泵研制,探索降低作业及抽油泵成本新思路。软密封柱塞抽油泵主要特点在材质的优选上,通过大量的室内实验,优选出了一种耐磨、耐压、耐热、抗老化性能好的材质聚醚醚酮,用它作为柱塞泵密封环,将常规柱塞泵活塞与泵筒的钢体之间的硬摩擦转变成了密封环与泵筒的软摩擦,大大减少了柱塞往复运动时对泵筒的磨损;在结构设计上,应用图版法设计软柱塞密封泵的允许最大间隙,再以铜体泵的标准精确设计柱塞与泵筒之间的间隙,到达了软密封的效果。     

新型车载底盘自动集中润滑系统的研制

车载底盘自动集中润滑技术解决了车辆底盘由手动润滑所带来的一系列问题，实现了底盘封闭的自动精确润滑，有效地延长了底盘的寿命，并减少底盘的维护成本．文中介绍了一种高级大型客车使用的新型车载底盘自动集中润滑系统，该系统采用高效润滑泵、嵌入式控制结构及车内CAN总线扩展技术，不仅提高了系统的自动化程度，也提高了其可靠性，     

轴向柱塞泵柱塞副的摩擦学特性及其表面织构化研究进展

【目的】为提升柱塞泵的性能、寿命与安全运行提供参考。【方法】从理论计算及仿真的角度综述了柱塞副的油膜特性，针对其厚度场、压力场和温度场进行了分析，概述了柱塞副的摩擦学特性、润滑介质和匹配材料对其摩擦学行为的影响，列举了具有更低磨损率的柱塞副匹配材料，阐述了表面织构的润滑减摩机理及表面织构的形状、面积率和尺寸及分布方式等因素对柱塞副摩擦学性能的影响。【结论】轴向柱塞泵是液压装备的核心元件，被称作液压系统的“心脏”。柱塞泵关键摩擦副服役状态下的磨损严重威胁着装备的可靠运行和长寿命服役安全，更是制约柱塞泵发展和应用的技术瓶颈。柱塞副是轴向柱塞泵中数量最多、最为关键的摩擦副之一，其摩擦学性能直接决定了柱塞泵的服役寿命。当柱塞副油膜润滑不良时，轴向柱塞泵会严重损坏。     

柱塞倾角对锥形缸体轴向柱塞泵流体特性的影响

针对锥形缸体轴向柱塞泵的柱塞倾角对泵的流体特性产生的影响,基于AMESim软件,以某型锥形缸体轴向柱塞泵为研究对象,建立整泵液压模型,该模型能考虑到油液压缩性、泵的泄漏、柱塞腔死容积、配流过程及流量倒灌等因素对泵流体特性的影响,且便于变参优化研究.经仿真及与传统公式计算对比分析表明:在产生流量脉动的影响因素中,几何流量脉动只占一个很小的比重,几乎可以忽略,主要的影响因素是油液的压缩性、泵的泄漏及柱塞腔的流量倒灌,其中流量倒灌是引起流量脉动的最重要的因素;在额定工况下,油液的压缩损失占总容积损失的19.04%,泄漏量占总容积损失的80.96%;随着柱塞倾角由0°增大到20°,泵的出口流量脉动系数由0.181 1增大到0.184 4,柱塞倾角的改变对泵的流量脉动影响很小.     

页岩气超高压往复泵工作腔压力测试与分析

以用于页岩气水平井压裂的超高压往复泵为研究对象,为探索提高泵工作性能及可靠性的解决思路,开展了泵工作腔内压力变化规律及基本特征的分析研究。根据力学基础理论,定性地分析了泵阀开启、关闭时刻点的工作腔内压力变化。搭建了全尺寸超高压往复泵工作腔压力测试台架,获得了4种柱塞冲次和5种排出管汇压力下的泵腔压力变化曲线。实验结果表明,排液冲程中柱塞冲次和排出管汇压力对工作腔压力降低的滞后时间具有显著影响,工作腔压力在临近峰值的高压区间内会产生“M”型压力冲击特征,对此特征的分析将为进一步分析阀箱内壁疲劳失效原因、优化泵阀运动机理提供解决思路及实验依据。     

软密封柱塞泵的设计研究

本文针对机采井作业成本高,工序复杂的问题,开展了软密封柱塞抽油泵研究,探索降低作业及抽油泵成本新思路。软密封柱塞抽油泵采用聚醚醚酮作为柱塞泵密封环,改变了常规柱塞泵活塞与泵筒的刚体之间的硬摩擦,大大减少了柱塞往复运动时对泵筒的磨损,实现了检泵作业时只更换柱塞即可完成检泵作业,从而达到即节省泵筒、又节省作业费用的目的。截至2009年共进行现场试验20口井,平均免修期达到378天,最长免修期达到509天,取得了较好的现场应用效果。     

轴向柱塞液压电机泵内部流场的分析

提出了一种新型的轴向柱塞液压电机泵,简要介绍了其结构和特点。运用计算流体动力学的方法对轴向柱塞液压电机泵内部流场进行数值计算与分析。主要分析了在转子转速不同情况以及转子转过不同角度时流道内的压力、速度等分布情况;研究结果表明,随着转子转速的增大,柱塞腔内的压力明显减小,但压力损失有所增加,因此在设计时该泵的转速不宜选取过高。通过对流场的对比分析能够判断流道设计的是否合理从而为流道结构的优化设计提供有效参考。     

井下掺液抽稠油泵研究

通过对常规泵进行串联、改造 ,研制出了井下掺液抽稠油泵。对泵结构的可行性进行了论证 ,阐述了泵的工作原理 ,并对泵的工作参数进行了分析。该泵是通过从油管掺入液、从油套环空产出液 ,在上冲程时吸入产出液 ,在下冲程时举升混合液 ,从而实现了在柱塞下方掺液 ,避免了出现砂磨柱塞的现象 ,减少了稠油对柱塞运动的阻力 ,克服了泵上掺液不能降低进泵原油粘度的缺点 ,解决了在井筒降粘和稠油抽汲中存在的问题。该泵使用了连动式凡尔与弹簧 ,保证了底阀与顶阀打开与关闭的同步性 ,能够达到吸入产出液、加入掺入液以及举升混合液同时进行的目的。该泵的设计原理可行 ,工艺容易实现 ,是一种理想的新型抽稠油泵。