针对凡尔阀关闭滞后引起泵排量减少及凡尔阀开启阻力过大使排液性能变差等问题,在虚拟试验中,以某型压裂泵的凡尔阀为研究对象,利用系统性能仿真方法建立压裂泵液力端仿真模型,对压裂泵排液动态特性进行仿真。研究了弹簧刚度、阀盘质量对泵排出流量的影响及弹簧刚度、阀盘质量、阀座孔径对泵排出压力的影响。结果表明泵排出流量、排出压力受阀座孔径影响较大而受弹簧刚度和阀盘质量影响较小;在各弹簧刚度和阀盘质量取值下泵的平均排出流量均在4000 L/min左右,平均排出压力均在140 MPa左右;泵的瞬时排出流量和瞬时排出压力随弹簧刚度、阀盘质量的增大而增大,随阀座孔径的增大而减小。研究结果对于优化凡尔阀设计,提高压裂泵排液性能具有重要的参考价值。

针对压裂泵流量脉动较大带来的问题,在分析压裂泵脉动产生机理及其特点的基础上,设计可用于高压大流量场合中的气缸式蓄能器,建立气缸式蓄能器回路数学模型,得到脉动流量的幅频特性,仿真研究脉动抑制特性的影响因素,并对压裂泵安装气缸式蓄能器前后的脉动流量进行对比分析,结果表明气缸式蓄能器可用于高压大流量场合中,其脉动抑制特性随气缸预充气压力、气缸直径、蓄能器连接管长度的增加而减弱,随气缸行程、蓄能器连接管直径的增加而增强;气缸式蓄能器能显著抑制压裂泵流量脉动,可将机械式三缸压裂泵的流量脉动由23.07%降至2.42%,将液压驱动式三缸压裂泵的流量脉动由33.33%降至3.22%;研究结果为高压蓄能器的设计和使用提供了一种新的思路和方法。

目的研究不同工况下正弦沟槽织构对柱塞密封副摩擦性能的影响,以降低压裂泵柱塞密封副的摩擦磨损。方法基于压裂泵柱塞密封副几何模型和流体润滑理论,建立了正弦微沟槽织构化柱塞-橡胶密封副动压润滑数值理论模型,通过仿真模拟研究了不同柱塞密封压力、运动速度对正弦织构减磨性能的影响。结果不同密封压力下,从40 MPa增至140 MPa时,织构化柱塞表面的油膜承载力及其增长率都不断增大,摩擦系数增大,增长率减小,且柱塞运动速度越高,油膜承载力及摩擦系数越大。不同柱塞运动速度下,油膜承载力和柱塞速度成线性增长关系,摩擦系数不断增大,增长率则呈现减小趋势。针对常用的压裂泵工况,柱塞运动速度和密封压力为错峰配合。根据仿真结果可以看出,在柱塞运动速度-密封压力为150冲次/min-80 MPa工况下,油膜承载力最大,摩擦系数最小,而300冲次/min-4...

对两种不同动力端的压裂泵进行了介绍,包括其基本结构与工作原理以及压裂泵技术未来的发展方向和关键技术。

针对压裂泵流量脉动及压力脉动特性,提出蓄能器-增压缸组合式流体脉动抑制方法,并基于MATLAB/Simulink建立压裂泵及脉动抑制回路的数学模型,根据理论、仿真对比分析了该脉动抑制方法对流量脉动抑制效果。结果表明:蓄能器容积和预充气压力可显著影响流量脉动;当预充气压力为4 MPa、容积为6 L时,流量和压力脉动率分别从39.99%和76.93%降至2.47%和4.89%。