發(fā)布時(shí)間：2017-08-14 03:18

  本文關(guān)鍵詞：一種高壓液氮泵液力端結(jié)構(gòu)與材料研究

  更多相關(guān)文章： 液氮泵 液力端 低溫材料 本構(gòu)模型 S-N曲線 疲勞壽命

【摘要】：為了適應(yīng)非常規(guī)油氣藏的高開(kāi)采難度以及提高現(xiàn)有油氣井的產(chǎn)量,國(guó)內(nèi)正在研發(fā)能夠承受高壓、超低溫、大排量的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液氮泵產(chǎn)品。液氮泵是液氮泵車(chē)的關(guān)鍵部件,屬于特種作業(yè)設(shè)備,具有高壓和低溫的特點(diǎn),其液力端需要具有特殊結(jié)構(gòu)以適應(yīng)液氮這種特殊介質(zhì)的需要,并且其制作材料必須要滿足在超低溫條件下具有足夠的強(qiáng)度和韌性,以及在長(zhǎng)期交變應(yīng)力的作用下要具有足夠的壽命,這樣才能保證現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)能夠滿足使用要求,降低開(kāi)采成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。 本文在廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外液氮泵、壓裂泵相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國(guó)液氮泵車(chē)使用特點(diǎn)以及非常規(guī)油氣開(kāi)采作業(yè)技術(shù)要求,采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)合的方法開(kāi)展了液氮泵的液力端結(jié)構(gòu)及材料研究,主要包括如下幾個(gè)方面： (1)分析了普通壓裂泵液力端的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),研究液氮泵送過(guò)程的特征與普通壓裂液泵送的異同之處,在現(xiàn)有壓裂泵液力端的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種滿足液氮泵送的液力端結(jié)構(gòu),并對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核。 (2)選擇了液力端用低溫材料,并開(kāi)展了材料的熱處理工藝研究,制定了淬火+回火(QT)和雙相區(qū)熱處理(QLT)兩種熱處理工藝,完成了材料熱處理后的金相觀察,分析了材料的金相組成特點(diǎn)。 (3)完成9Ni鋼熱壓縮模擬實(shí)驗(yàn),利用果蠅算法(FOA)優(yōu)化最小二乘支持向量機(jī)(LSSVM)參數(shù),建立了9Ni鋼本構(gòu)模型,為9Ni鋼的熱塑性加工過(guò)程提供參考。 (4)完成9Ni鋼低溫示波沖擊實(shí)驗(yàn)與拉伸實(shí)驗(yàn),并利用掃描電鏡對(duì)沖擊實(shí)驗(yàn)與拉伸實(shí)驗(yàn)試樣斷口進(jìn)行觀察,分析低溫下材料的裂紋擴(kuò)展和斷裂機(jī)理,選擇出低溫韌性較好強(qiáng)度滿足要求的熱處理工藝。 (5)基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,完成QLT熱處理下9Ni鋼疲勞實(shí)驗(yàn),運(yùn)用最小二乘法擬合得到材料Basquin方程,繪制了50%、90%以及99%可靠度下的9Ni鋼材料疲勞壽命(S-N)曲線,并利用Goodman法修正材料S-N曲線獲得零件的S-N曲線；利用掃描電鏡觀察疲勞試樣斷口,分析斷口組成特征以及材料疲勞斷裂機(jī)理。(6)利用實(shí)驗(yàn)所得疲勞數(shù)據(jù),采用MSC.Fatigue軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的液氮泵液力端內(nèi)缸套、閥座進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè),得到它們的疲勞壽命分布特征,找到它們?nèi)菀灼趽p傷的部位；并開(kāi)展了吸入壓力對(duì)上述零部件應(yīng)力及疲勞壽命的影響規(guī)律分析。 本文對(duì)液氮泵液力端結(jié)構(gòu)的研究為高壓液氮泵液力端的設(shè)計(jì)制造提供了依據(jù)；對(duì)液力端制造材料的研究,為液力端主要零部件疲勞壽命預(yù)測(cè)提供了簡(jiǎn)單可行的方法。本文的研究成果與現(xiàn)實(shí)結(jié)合后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、制造以及現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)都具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：液氮泵 液力端 低溫材料 本構(gòu)模型 S-N曲線 疲勞壽命
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE93
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 論文研究工程背景9-10
• 1.2 液氮泵國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國(guó)外液氮泵現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)液氮泵現(xiàn)狀11-12
• 1.3 液氮泵液力端研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3.1 壓裂泵液力端常見(jiàn)形式12-13
• 1.3.2 壓裂泵液力端工作原理13-14
• 1.3.3 壓裂泵液力端閥箱的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 低溫用9Ni鋼的研究與應(yīng)用15-17
• 1.4.1 9Ni鋼的應(yīng)用15
• 1.4.2 9Ni鋼的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.5 主要研究?jī)?nèi)容及思路17-19
• 1.5.1 主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.5.2 論文研究思路18-19
• 1.6 論文創(chuàng)新點(diǎn)19-20
• 第2章 液氮泵液力端基礎(chǔ)理論20-36
• 2.1 液力端液缸內(nèi)壓力變化規(guī)律及正常吸入條件20-23
• 2.2 液氮泵液力端泵閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律23-28
• 2.2.1 泵閥閥芯運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型23-27
• 2.2.2 閥芯運(yùn)動(dòng)方程的簡(jiǎn)化27-28
• 2.3 液力端的容積效率28-34
• 2.3.1 泵送不含氣介質(zhì)時(shí)的容積效率31-33
• 2.3.2 泵送含氣介質(zhì)時(shí)的容積效率33-34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 第3章 液氮泵液力端總體方案設(shè)計(jì)36-42
• 3.1 設(shè)計(jì)原則36
• 3.2 設(shè)計(jì)方法36
• 3.3 總體方案設(shè)計(jì)36-38
• 3.4 液力端主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定38-41
• 3.4.1 活塞平均速度U_m的選擇39-40
• 3.4.2 曲軸轉(zhuǎn)速n和柱塞沖程長(zhǎng)度S的選擇40
• 3.4.3 活塞直徑D的選擇40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 液力端關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核42-57
• 4.1 低溫材料選擇42-43
• 4.1.1 常用低溫材料42-43
• 4.1.2 液力端低溫材料選擇43
• 4.2 泵閥的設(shè)計(jì)及校核43-52
• 4.2.1 吸入閥的設(shè)計(jì)及校核44-48
• 4.2.2 排出閥的設(shè)計(jì)及校核48-52
• 4.3 缸體的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核52-55
• 4.3.1 缸體的設(shè)計(jì)52-53
• 4.3.2 缸體的強(qiáng)度校核53-55
• 4.4 液力端密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第5章 9N i鋼材料熱處理方案及實(shí)驗(yàn)方法57-62
• 5.1 實(shí)驗(yàn)材料57
• 5.2 熱處理方案制定57-58
• 5.3 實(shí)驗(yàn)方法58-60
• 5.3.1 試樣制備58
• 5.3.2 組織觀察58
• 5.3.3 熱壓縮模擬實(shí)驗(yàn)58-59
• 5.3.4 力學(xué)性能測(cè)試59-60
• 5.3.5 疲勞實(shí)驗(yàn)60
• 5.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備60-61
• 5.5 本章小結(jié)61-62
• 第6章 不同熱處理工藝下9Ni鋼材料的力學(xué)特性62-94
• 6.1 金相觀察62
• 6.2 熱壓縮實(shí)驗(yàn)62-70
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與方案63-64
• 6.2.2 9Ni鋼本構(gòu)模型建立64-70
• 6.3 低溫示波沖擊實(shí)驗(yàn)70-72
• 6.3.1 低溫示波沖擊實(shí)驗(yàn)70-72
• 6.3.2 沖擊斷口分析72
• 6.4 拉伸實(shí)驗(yàn)72-76
• 6.4.1 拉伸實(shí)驗(yàn)方案73
• 6.4.2 拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理73-75
• 6.4.3 拉伸斷口分析75-76
• 6.5 9Ni鋼的疲勞性能實(shí)驗(yàn)76-88
• 6.5.1 疲勞實(shí)驗(yàn)原理76-78
• 6.5.2 疲勞實(shí)驗(yàn)方案78-79
• 6.5.3 疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理79-82
• 6.5.4 9Ni鋼材料的P-S-N曲線82-84
• 6.5.5 疲勞斷口分析84-87
• 6.5.6 低溫下材料的疲勞特性87-88
• 6.6 液力端零部件S-N曲線88-92
• 6.7 本章小結(jié)92-94
• 第7章 液力端關(guān)鍵零部件有限元分析94-110
• 7.1 內(nèi)缸套強(qiáng)度及疲勞分析94-101
• 7.1.1 內(nèi)缸套強(qiáng)度分析94-97
• 7.1.2 內(nèi)缸套疲勞壽命分析97-101
• 7.2 閥座強(qiáng)度及疲勞壽命分析101-106
• 7.2.1 閥座強(qiáng)度分析102-105
• 7.2.2 閥座疲勞壽命分析105-106
• 7.3 柱塞的有限元分析106-108
• 7.4 本章小結(jié)108-110
• 第8章 結(jié)論與展望110-112
• 8.1 結(jié)論110
• 8.2 后續(xù)工作與展望110-112
• 致謝112-113
• 參考文獻(xiàn)113-117
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及研究成果117

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：670481