本文關(guān)鍵詞：壓裂泵泵閥膠圈失效機(jī)理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究　出處：《西南石油大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：壓裂泵是壓裂酸化作業(yè)系統(tǒng)中的核心設(shè)備,由于運(yùn)輸介質(zhì)中含有固體顆粒以及泵閥的往復(fù)工作特性,使得閥體上的膠圈極易受到固體顆粒磨損以及沖擊載荷的作用,造成膠圈的破壞失效。膠圈的失效不但影響壓裂酸化作業(yè)的效率還會(huì)導(dǎo)致泵閥提前失效,因此研究掌握壓裂泵閥膠圈在含砂壓裂液下的磨損失效機(jī)理和規(guī)律,開展膠圈的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究具有重要意義。本文以70MPa壓裂泵的泵閥膠圈為研究對(duì)象,開展了泵閥膠圈的失效機(jī)理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究,具體的分析過程和研究方法如下:(1)基于壓裂泵實(shí)際結(jié)構(gòu)組成和工作原理,考慮泵送液體可壓縮性和泵閥閥體質(zhì)量對(duì)運(yùn)動(dòng)慣性力的影響,運(yùn)用AMESim對(duì)壓裂泵泵閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了仿真研究,仿真結(jié)果與傳統(tǒng)理論方法數(shù)值計(jì)算結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了仿真模型的正確性,并分析了不同影響因素下泵閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,所得結(jié)果可以作為泵閥閥隙流場(chǎng)分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。(2)在不同升程、不同沖次、不同錐角及不同固相濃度下,運(yùn)用Fluent對(duì)泵閥閥隙流場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析,得到了流道內(nèi)膠圈處的固液兩相流速度分布規(guī)律,揭示了造成膠圈下部發(fā)生穴窩狀脫落的原因�；贔luent仿真分析結(jié)果,確定了膠圈近壁區(qū)域固相顆粒的運(yùn)動(dòng)速度,為膠圈材料的沖蝕磨損研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。(3)在不同顆粒形狀、不同顆粒直徑、不同沖擊速度、不同沖擊角度下,運(yùn)用Abaqus對(duì)膠圈材料沖蝕過程進(jìn)行了仿真分析,得到了沖蝕過程中膠圈材料應(yīng)力應(yīng)變和能量的變化規(guī)律,從微觀角度揭示了膠圈材料沖蝕磨損時(shí)材料流失的本質(zhì),并基于能量磨損理論對(duì)比分析了不同形狀顆粒的沖蝕特性,揭示了不同形狀顆粒(較鈍顆粒和較尖銳顆粒)沖蝕時(shí)靶材的失效機(jī)理。(4)在MDW-100型萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上完成了膠圈在含砂壓裂液下的摩擦磨損試驗(yàn),對(duì)膠圈在含砂壓裂液下的磨粒磨損機(jī)理和規(guī)律進(jìn)行探討,重點(diǎn)分析了砂粒濃度,載荷,閥體與閥座之間的滑動(dòng)速度對(duì)膠圈磨粒磨損行為的影響規(guī)律并探討了膠圈在含砂壓裂液下的磨粒磨損失效機(jī)理。(5)建立閥體與膠圈沖擊閥座的有限元模型,確定了膠圈應(yīng)力最大處出現(xiàn)在膠圈底角處,該處易發(fā)生疲勞失效而脫落,這與現(xiàn)場(chǎng)膠圈下部發(fā)生塊狀剝落的形貌相吻合。最后在有限元模型的基礎(chǔ)上利用正交試驗(yàn)方法對(duì)膠圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,得到較優(yōu)的膠圈結(jié)構(gòu)參數(shù)。
【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】：2017
【分類號(hào)】：TE934.2

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