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压裂水泵振动激励简析

压裂泵在压裂作业中,由于自身的曲柄连杆运动产生的激励力作用在其缸体上。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型来分析压裂泵对机体作用的激励特征。首先分析压裂泵内部的运动。


(1)ca88手机版单缸运动学分析压裂泵在作业工况下时,路面并不对其产生激励,其激励主要来自其内部的曲柄连杆机构的往复运动与旋转运动产生的不平衡力与惯性力矩。


压裂泵的单缸结构可以简化为中心式布置的曲柄连杆机构。每个工作周期包括两个冲程。以曲轴转角计,0~n为吸入冲程,而n~2n为排出冲程。其运动学分析如图1。

图1:单缸运动学分析

单缸运动学分析

压裂液对柱塞作用的压强,其实际中的变化复杂,影响因素也繁芜庞杂,泵阀尺寸、流动速度及压裂液自身特性等均影响其变化。此处考虑到压裂泵的罐吸特性,在仿真模型中取其为正弦波(MPa);ca88会员登录内压力的变化十分复杂多变,主要考虑激励频率的作用特点,并且考虑到压裂泵为罐吸,取缸内最低压力为0MPa,选用正弦激励取该冲次下的最大排量(3218L/min)工况。


单缸模型中,压裂泵惯性力的激励变化包含两部分,一阶惯性力的大小变化周期等于曲柄旋转一周的时间,即随曲轴转速变化,二阶惯性力的大小则随二倍转速变化。压裂泵完成一个吸入冲程与一个排出冲程需要曲轴转动360°,显然其各缸之间的工作相位相差72°。出于泵自身的平衡性考虑,各缸工作相位若相近,则在设计布置时会尽量使其互相远离。

表1:压裂泵各缸工作相位

曲轴转角

1

2

3

4

5

036

吸入

排出

3672

排出

吸入

72108

吸入

108144

排出

144180

吸入

180216

排出

216252

吸入

252288

排出

吸入

288324

吸入

排出

324360

排出

图2:侧翻力矩仿真结果

侧翻力矩仿真结果.jpg

由图2可以发现,压裂泵在压裂作业下对外输出具有周期性变化的与其输出力矩等值反向的翻倒力矩激励,翻倒力矩的频率约为泵内压力变化频率的2.5倍。



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点击次数:  更新时间:2017-12-26 08:59:11  【打印此页】  【关闭