【摘要】：泵頭體是油井壓裂機組的核心部件。它處于交變高壓載荷下工作,同時還會受到工作介質(zhì)的侵蝕,再加上在設(shè)計上為了與壓裂泵車配合使用盡量減小尺寸與重量,泵頭體很容易出現(xiàn)早期失效。在尺寸與結(jié)構(gòu)方面不能做太大改動的條件下,選用更好的材料成為解決泵頭體早期失效問題的一大關(guān)鍵手段。本課題針對泵頭體材料易早期失效的問題,為材料選型提供更多有效的依據(jù),設(shè)計了基于聲發(fā)射的材料裂紋檢測系統(tǒng)。聲發(fā)射檢測技術(shù)具有對早期裂紋的高度敏感性,能夠檢測到材料內(nèi)部的早期失效裂紋的AE信號,同時能夠?qū)崿F(xiàn)全程的連續(xù)監(jiān)測,非常適合于研究材料失效全過程的規(guī)律。本文在介紹了聲發(fā)射檢測的基本理論基礎(chǔ)上,著重介紹了自主設(shè)計的材料試驗聲發(fā)射裂紋檢測系統(tǒng)及試驗結(jié)果。該系統(tǒng)硬件方面以高速數(shù)據(jù)采集卡為基礎(chǔ)實現(xiàn)對AE信號的高速連續(xù)采集,軟件方面以VB和Matlab混合編程,實現(xiàn)基本操作控制和數(shù)據(jù)處理。利用該聲發(fā)射檢測系統(tǒng)采集了實際泵頭體材料高壓作用下的聲發(fā)射信號,并對信號進行分析,得到了重要的結(jié)論。研究表明:自主設(shè)計的聲發(fā)射裂紋檢測系統(tǒng)能夠有效地識別和提取出泵頭體材料在高壓試驗過程中材料疲勞裂紋的產(chǎn)生及擴展過程的AE特征。通過快速傅立葉變換和小波變換的信號處理方法能夠很好地分析材料疲勞裂紋的頻率處于200kHz以上高頻段。通過小波分解與重組,利用能量系數(shù)法反映出裂紋變化過程中各層能量系數(shù)的變化規(guī)律。利用該檢測系統(tǒng),能夠清楚地反映出材料的失效規(guī)律,為材料選型提供可靠的實驗依據(jù)。
[Abstract]:Pump head body is the core component of oil well fracturing unit. It works under alternating high pressure load and will also be eroded by working medium. In addition, in order to reduce the size and weight of the pump body in combination with fracturing pump, it is easy to appear early failure in the design of the pump head body. Under the condition that the size and structure can not be changed too much, selecting better materials is a key method to solve the problem of early failure of pump head body. Aiming at the early failure of pump head material and providing more effective basis for material selection, a material crack detection system based on acoustic emission is designed. Acoustic emission (AE) detection technology is highly sensitive to early cracks and can detect the AE signal of early failure cracks in materials. It can also realize continuous monitoring of the whole process, which is very suitable for studying the law of the whole process of material failure. Based on the introduction of the basic theory of acoustic emission (AE) detection, the self-designed acoustic emission crack detection system and its experimental results are introduced in this paper. The hardware of the system is based on the high-speed data acquisition card to realize the high-speed and continuous acquisition of AE signal, and the software is programmed by VB and Matlab to realize the basic operation control and data processing. The acoustic emission signal of the actual pump head material under high pressure is collected by this acoustic emission detection system, and the signal is analyzed, and the important conclusion is obtained. The results show that the self-designed acoustic emission crack detection system can effectively identify and extract the AE characteristics of fatigue crack generation and propagation of pump head material during high pressure test. The fast Fourier transform (FFT) and wavelet transform (WT) signal processing method can be used to analyze that the frequency of fatigue crack is above 200kHz. Through wavelet decomposition and recombination, the energy coefficient method is used to reflect the variation law of energy coefficient in the process of crack change. The system can clearly reflect the failure law of materials and provide reliable experimental basis for material selection.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE934.2

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本文編號：2331473