超高压大排量柱塞泵工作时,泵头体内表面间歇性承受极高的工作压力。泵头体不规则的内表面形状会导致应力集中,应力集中的位置相比于其它位置会较早产生疲劳开裂,导致泵头体的破坏。本文应用大型有限元分析软件ABAQUS,研究了新开发的超高压大排量STP3300型泵头体在静压下的应力分布状态,并对多个部位尝试进行了结构优化设计。根据研究结果,将易开裂的十字相贯线部位的最高应力降低了16%以上,大幅度降低了STP3300型泵头体的开裂倾向。

论文通过对凡尔体的结构改进,并利用Solidworks simulation和Flow simulation对改进后的凡尔体进行静力学和流体力学分析,发现改进后的凡尔体不仅结构优异,而且输送介质对泵头体造成的压力有了明显下降,从而使泵头体的工作寿命得到了有效提高。Solidworks是工程技术人员常用的设计软件之一,利用Solidworkssimulation和Flowsimulation可以使得设计人员在设计时边设计边分析边修改,大大提高了工作效率和工作质量。

相贯线处高速流体冲击会加速泵腔局部腐蚀和裂纹萌生,缩短泵头体服役寿命。为得到相贯线处流速变化规律,联合泵阀及柱塞的运动方程和动网格技术,模拟了不同排出压力、柱塞冲次、柱塞直径及压裂液黏度条件下泵头体排液过程,拟合了相贯线处的流速预测公式。结果表明:左右两侧相贯线处的流速高于邻近区域,曲柄转角位于262°~328°时,右侧相贯线处的流速相对稳定;相贯线处流速对排出压力不敏感;增大柱塞冲次,相贯线处的流速线性增大;柱塞直径增大,相贯线处流速呈比例增大;而黏度对流速的影响取决于柱塞冲次;拟合得到的流速预测公式的误差低于2.35%。模拟结果可为泵头体流动加速腐蚀试验研究提供理论依据。

对柱塞泵泵头体的断裂失效进行分析、检验，发现渗碳淬火时造成很大应力，在泵体应力集中严重的部位产生了裂纹，受高工作应力的作用，裂纹扩展而断裂。这与成分偏析、混晶组织、表面加工粗糙及热处理质量差等因素有关。

TG、TH固井压裂柱塞泵在油田应用广泛.本文介绍了该泵液力端泵头体存在的问题,分析了断裂过程和受力情况,得出延长泵头寿命和提高螺纹强度是最好解决途径的结论;从将螺纹的梯形改为锯齿形、螺纹联结改为栓接和加大螺距三方面,提出了改进意见,取得显著的经济效益.

某油田作业的一台高压柱塞泵发生了泵头体交变腔开裂。为了研究其失效机理，采用宏观检验、金相分析、断口分析等方法．对裂纹性质及萌生扩展机理进行分析。结果表明：起始断裂区位于泵头体柱塞腔内的机加工刀痕处，在交变应力的作用下．泵头体发生疲劳开裂。

分析了当前超高压柱塞泵发展过程中面临的实际问题,介绍了自增强技术在超高压柱塞泵发展中的应用.依据von-Mises屈服准则,应用弹塑性理论知识求解出最佳弹-塑性界面半径Ropt和最佳自增强压力Popt;同时,对通过自增强处理后的泵头体的残余应力进行了分析,对合成应力进行了计算.结果表明：通过自增强处理后的泵头体内部应力分布均匀,最大应力得到了减小,泵头体疲劳状况有较大改善.研究结果为超高压柱塞泵的设计提供了理论性的指导.