5ZB_2800型压裂泵液力端阀箱改造分析_邓春强
4000马力压裂泵阀箱的设计分析与制造工艺研究开题报告
4000马力压裂泵阀箱的设计分析与制造工艺研究开题报告题目：4000马力压裂泵阀箱的设计分析与制造工艺研究一、研究背景及意义随着页岩气、煤层气和致密油等能源开发的不断深入，液压压裂技术的应用逐渐被广泛采用。
压裂泵是压裂过程中最关键的装备之一，阀箱作为压裂泵的重要组成部分，可控制液体进出和压力的大小，是确保压裂作业顺利进行的关键部件之一。
然而，由于加工难度大、产品质量受限、价格昂贵等原因，国内市场上主流压裂泵的阀箱一般采购自国外，价格高昂，限制了国内压裂泵行业的发展。
因此，对阀箱的设计分析与制造工艺的研究具有重要的现实意义。
本研究旨在探究一种能够满足4000马力压裂泵操作要求的阀箱设计方案和制造工艺，提高我国压裂泵制造水平和市场占有率。
二、研究内容和方法（一）研究内容：1.分析国内外压裂泵阀箱的技术水平和市场现状，总结其特点和不足之处。
2.研究阀箱的设计方案，包括结构、尺寸、材料和工艺等方面的设计要点，着重考虑阀体加工难度和阀门性能的影响。
3.进行阀箱的模拟分析，考虑阀门开启和关闭时的液力特性、压力变化和阀门部件的应力分布等因素。
4.根据阀箱设计方案和模拟分析的结果，制定阀箱的制造工艺方案，包括材料的选用、加工工艺和检测方法等。
5.制造阀箱试制样品，进行性能测试和逐一检验，评估其性能是否符合设计要求。
（二）研究方法：1.文献资料法：收集和分析国内外现有压裂泵阀箱的设计、制造和应用情况，总结其特点和不足之处，为阀箱设计提供理论依据。
2.实验分析法：通过模拟分析和性能测试，探究阀箱的液力特性、应力分布等关键技术指标，为阀箱制造提供技术指导。
3.综合法：将文献资料法和实验分析法综合运用，得出阀箱的设计方案和制造工艺方案，同时优化设计和制造过程。
三、预期成果及应用价值本研究将设计出一种满足4000马力压裂泵操作要求的阀箱设计方案和制造工艺。
研究成果能够提高我国压裂泵技术水平和市场占有率，具有重要的应用价值和社会经济效益。
一种装卸方便的液力端[实用新型专利]
![一种装卸方便的液力端[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b043aea2cf84b9d529ea7a41.png)
专利名称：一种装卸方便的液力端专利类型：实用新型专利
发明人：邓春强
申请号：CN201921197328.1
申请日：20190726
公开号：CN210509564U
公开日：
20200512
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种装卸方便的液力端，属于石油及天然气压裂开采设备领域，包括液力端阀箱，液力端阀箱的中部开设有内腔，液力端阀箱的上下端分别分布有排出阀孔和吸入阀孔，液力端阀箱的左右两端分别分布有多个堵盖孔和柱塞孔，液力端阀箱的一侧设置有安装座，安装座包括底座和连接座，底座的上下两侧开设有安装孔，连接座的上下两侧分别开设有辅助安装槽，安装孔包括位于底座两端的端部孔和位于端部孔之间的多组中间孔，辅助安装槽包括位于连接座两端的端部槽和位于端部槽之间的多个中间槽，两个端部槽分别开设在两个端部孔靠近连接座的一侧；本实用新型具有便于与动力端相连接的优点。
申请人：广汉金鹏石油机械有限公司
地址：618302 四川省德阳市广汉市金鱼镇凉水井村
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。
一种液力端阀箱内腔及柱塞端密封孔修复方法[发明专利]
![一种液力端阀箱内腔及柱塞端密封孔修复方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b76ce1fb59eef8c75fbfb3f2.png)
专利名称：一种液力端阀箱内腔及柱塞端密封孔修复方法专利类型：发明专利
发明人：王贺,李杨,樊品辉,朱正玉,冯海坤
申请号：CN201810908256.0
申请日：20180810
公开号：CN109128683A
公开日：
20190104
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种液力端阀箱内腔的修复方法，首先对待修复液力端阀箱内腔进行机械加工，使内腔预留单边修复尺寸；然后对内腔进行抛丸处理和清洁处理；再对内腔进行基础修复，形成打底焊层，在打底焊层上进行n层焊接熔覆修复，形成n层修复焊层，最后将焊接修复后的内腔进行机械精加工。
该修复方法同样适用于柱塞端密封孔的修复。
本发明提供的修复方法简单，容易控制，且修复后的液力端阀箱和柱塞端密封孔在50～100MPa条件下现场压裂施工，使用时间可以达到
200h。
通过对液力端阀箱和柱塞端密封孔的修复可以大幅降低压裂石油的设备成本。
申请人：上海清河机械有限公司
地址：201800 上海市嘉定区南翔镇德力西路268号
国籍：CN
代理机构：北京高沃律师事务所
代理人：刘奇
更多信息请下载全文后查看。
2500型压裂车现场应用改进措施及建议
2500型压裂车现场应用改进措施及建议郭虹;李先刚【摘要】2500型压裂车是增产作业的关键设备。
本文简介了国内2500型压裂泵车近几年的主要改进措施，对两种型号压裂泵的动力端比较分析，找出了压裂泵动力端的薄弱环节，提出了现场使用的改进措施。
【期刊名称】《石油和化工设备》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】3页(P91-93)【关键词】2500型压裂车;改进;压裂泵动力端;建议【作者】郭虹;李先刚【作者单位】长庆油田分公司培训中心，陕西西安 710021;川庆钻探井下作业公司，四川成都 610213【正文语种】中文压裂车是用于开采石油、天然气及其他非常规油气藏的增产作业设备。
随着油田的开发和发展，一方面煤层气和天然气井的压裂酸化作业，对压裂酸化施工的排量和压力提出了更高要求；另一方面对压裂井的压裂施工工艺和压裂精度提出了新的要求，压裂设备的配置和性能随着压裂工艺的进步在不断发展。
压裂泵车主要趋于向大功率、多功能、自动化和系列化方向发展。
压裂车的动力大小直接反映整套机组的工作能力，其设备的先进性主要体现在动力配置、压裂泵性能和控制系统上。
多功能化是压裂车的另一发展方向。
酸化压裂由于具有酸浓度大、腐蚀性强、施工排量大的特点，因此对压裂泵车的泵头和连接管汇提出了更高要求。
为适应防砂、N2泡沫和CO2等压裂作业，也对压裂车提出了新的要求。
国外一款多功能压裂车，车上增加了两个多功能罐，在作业前可以完成多种添加剂的配液，以适应压裂工艺的要求。
2500型成套压裂车组近年来在新疆、长城、辽河、四川、新疆、大庆、长庆现场酸化压裂、测试，以及在页岩气、超深井、超高压、高风险、持续高温的沙漠作业环境井施工中得到广泛应用，该车具有排量大、动力强、抗高压等优点，在深井、超深井、高压井的压裂施工中更具优势，现场应用中综合性能表现良好，能满足与压裂、混砂、混酸、液氮、连续油管等不同类型设备的数据交互、联机控制，实现了全集成自动化控制。
211011321_·压裂泵液力端阀箱内腔结构优化研究
２０２３年第５２卷第２期第４４页石油矿场机械犗犐犔 犉犐犈犔犇 犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０２３，５２（２）：４４ ４８文章编号：１００１ ３４８２（２０２３）０２ ００４４ ０５压裂泵液力端阀箱内腔结构优化研究陈 涛１，卢一欣１，张常春２，赵崇胜３，王 鑫４（１．上海清河机械有限公司，上海２０１８０２；２．吉林油田工程技术服务公司，吉林松原１３８０００；３．四川宏华电气有限责任公司，成都６１００３７；４．海默新宸水下技术（上海）有限公司，上海２０１３０６）摘要：压裂泵液力端阀箱内腔在加工完成后会自然形成相贯线，该相贯线位置存在严重的应力集中问题。
这些位置也是液力端阀箱常见的开裂位置，虽然通过相贯线倒圆角的方式可以减小应力集中程度，但是应力减小的幅度不是十分明显。
针对此问题，通过有限元仿真对比的方式进行了阀箱内腔优化研究，提出了减小阀箱内腔应力集中程度的技术方案，同时提出了应用该方案时应注意的一些问题。
研究结果对于提高压裂泵液力端使用寿命及优化压裂泵液力端设计具有一定的指导意义。
关键词：压裂泵；阀箱；相贯线；应力集中；优化中图分类号：ＴＥ９３４．２ 文献标识码：Ｂ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ３４８２．２０２３．０２．００７犗狆狋犻犿犻狕犪狋犻狅狀犛狋狌犱狔狅狀犐狀狋狉犪犮犪狏犻狋狔犛狋狉狌犮狋狌狉犲狅犳犉狉犪犮狋狌狉犻狀犵犘狌犿狆犉犾狌犻犱犈狀犱ＣＨＥＮＴａｏ１，ＬＵＹｉｘｉｎ１，ＺＨＡＮＧＣｈａｎｇｃｈｕｎ２，ＺＨＡＯＣｈｏｎｇｓｈｅｎｇ３，ＷＡＮＧＸｉｎ４（１．犛犺犪狀犵犺犪犻犙犻狀犵犺犲犕犪犮犺犻狀犲狉狔犆狅．，犔狋犱．，犛犺犪狀犵犺犪犻２０１８０２，犆犺犻狀犪；２．犑犻犾犻狀犗犻狋犳犻犲犾犱犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犛犲狉狏犻犮犲犆狅犿狆犪狀狔，犛狅狀犵狔狌犪狀１３８０００，犆犺犻狀犪；３．犎狅狀犵犺狌犪犌狉狅狌狆，犆犺犲狀犵犱狌６１００３７，犆犺犻狀犪；４．犎犪犻犿狅犛狌犫狊犲犪犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔（犛犺犪狀犵犺犪犻）犆狅．，犔狋犱．，犛犺犪狀犵犺犪犻２０１３０６，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｌｉｎｅｗｉｌｌｂｅｇｅｎｅｒａｔｅｄａｔｔｈｅｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｕｍｐｆｌｕｉｄｅｎｄａｆｔｅｒｍａｃｈｉｎｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｉｓａｓｅｒｉｏｕｓｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｔｔｈｅｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｌｉｎｅ，ｗｈｉｃｈｉｓａｌｓｏａｃｏｍｍｏｎｃｒａｃｋｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｕｍｐｆｌｕｉｄｅｎｄ．Ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｃｈａｍｆｅｒｓｃａｎｒｅｄｕｃｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｔｏａｃｅｒｔａｉｎｄｅｇｒｅｅｈｏｗｅｖｅｒｉｔｉｓｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｕｍｐｆｌｕｉｄｅｎｄｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ａｎｄａｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｒｏｇｒａｍｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｕｍｐｆｌｕｉｄｅｎｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｉｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｗｈｅｎａｐｐｌｙｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅａｐｐｌｉｃａｂｌｅｇｕｉｄａｎｃｅｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅａｎｄｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｕｍｐｆｌｕｉｄｅｎｄ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｕｍｐ；ｖａｌｖｅｐｏｔ；ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇｌｉｎｅ；ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓｅｓ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ 随着非常规油气开采技术的发展，高压井、深井的数量逐渐增多，高压柱塞泵液力端承受的压力也随之提高，苛刻的高压条件导致阀箱的使用寿命减少［１ ６］。
5ZB-2800型压裂泵液力端阀箱失效分析
5ZB-2800型压裂泵液力端阀箱失效分析
杨立群;刘金荣
【期刊名称】《石油矿场机械》
【年(卷),期】2012(041)012
【摘要】研制的5ZB-2800型压裂泵在75 MPa压力下工作114 h,液力端阀箱出现开裂失效.利用有限元软件进行强度和寿命分析,找出可能出现开裂的部位.解剖失效部件,对开裂部位内部做宏观检查、SEM微观扫描及化学成分、硬度、金相、力学性能等检测.结果表明:毛坯锻造夹层在高压、酸性介质作用下,产生腐蚀疲劳裂纹并快速扩展,导致阀箱早期失效.应加强调质后材料的缺陷检.测、改进阀箱高应力区的结构、调整阀箱加工方位,以提高该压力泵的使用寿命.
【总页数】5页(P51-55)
【作者】杨立群;刘金荣
【作者单位】中国石化集团公司第四石油机械厂材料工艺研究所,湖北荆州434020;甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,兰州730070
【正文语种】中文
【中图分类】TE934.207
【相关文献】
1.基于CFD的6500HP新型压裂泵液力端流场分析研究 [J], 马玉龙;张洪生;董辉
2.压裂泵液力端产生裂纹的原因及预防措施研究 [J], 刘国川;李良其;罗俊涛
3.压裂泵液力端排出管汇螺栓失效分析 [J], 邓春强
4.基于电机扭矩波动的电动压裂泵液力端故障诊断 [J], 王波;梁右其;沈心瑞;王西录;王龙庭
5.5ZB-2800型压裂泵液力端阀箱改造分析 [J], 邓春强
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
———————————————
收稿日期：2013－11－14
作者简介：邓春强（1982－）男，四川广汉人，本科，机械工程师，主要从事机械设计（含石油机械）方面的研究工作。
5ZB-2800型压裂泵液力端阀箱改造分析
邓春强
（广汉金鹏石油机械有限公司，四川 广汉 618300）
摘要：5ZB-2800型五缸柱塞泵采用泵体外置盘根盒，在使用过程中存在密封失效和阀箱寿命更换频繁的问题。
将阀箱于外置盘根盒设计成整体，不仅能延长阀箱的使用寿命，还减少阀箱安装时间及劳动强度。
关键词：5ZB-2800柱塞泵；压裂泵；阀箱；改造
Analysis of 5ZB-2800 type fracturing pump hydraulic end valve box transformation
DENG Chun-qiang
( Guanghan Jinpeng Petroleum Machinery Co., Ltd., Guanghan 618300, China)
Abstract ：5ZB-2800 five cylinder piston pump is using body external packing box. In the process of using, the seal always fails and the valve box changes frequently. By design the valve box on the external packing box into a whole, can not only prolong the service life of valve box, but also reduce installation time and labor intensity. Key words ：5ZB-2800 plunger pump ；fracturing pump ；reform
5ZB-2800型五缸柱塞泵是一种往复式、容积式、卧式单作用五缸柱塞泵，用于间断性油井作业，如酸化、压裂和压井等。
该泵体外置盘根盒，当压裂泵在100 MPa 工况下，密封圈与阀箱的接触部位在较短时间内就会产生一个沟槽而失效；盘根盒两端分别设有梯形扣的外螺纹和三角形内螺纹，尤其外部的梯形螺纹，在旋合时有一定间隙，与泵体装配不在同一个孔轴线上，会产生偏移或形成一个夹角，因此就会对柱塞与盘根产生偏磨而产生失效。
在5ZB-2800型压裂泵液力端阀箱的使用中，阀箱柱塞端存在以下问题：
（1）图1所示件20的盘根与阀箱接触处在使用很短时间里，阀箱内孔表面就产生沟槽导致密封失效，阀箱就不能继续使用；
（2）密封盘根及柱塞压帽容易出现偏磨而损坏柱塞压帽；
（3）需要经常更换件19； （4）更换件19拆装时间较长。
11.柱塞端前衬圈 12.弧形密封圈 13.V 型密封圈 14.铜套 15.O 型圈 16.油封 17.柱塞 18.小盘根盒 19.大盘根盒 20.盘根盒密封
图1 改造前柱塞端装配图
以Φ95.25 mm 柱塞为例：在100 MPa 工况下，件19承受95.88 t 的轴向力、同时承受200次/分钟的交变载荷（由冲次/分决定）；在由10 MPa 低压瞬时增压到100 MPa 的高压工况下，轴向力在0.3 s 内由0增至95.88 t ，件19向右产生一段位移，位移量的大小由螺纹预紧力大小和使用时间决定；而当（下转第154页）
11 12 13 14 16
17 20
15 18 19
3 刮油器设计优化过程
基于传统结构的不足，对刮油器进行优化设计。
优化设计后的刮油器如图2所示。
1.刮油器体
2.垫片
3.盖板
4.弹簧
5.三斜口密封圈
6.刮油环
7.垫环
8.刮油圈
图2 优化设计后的刮油器
优化设计后的刮油器，增加了刮油圈和三斜口密封圈，调整三瓣刮油环、三斜口密封圈、刮油圈的组合方式。
刮油圈为RCM刮油圈，结构形状特殊，靠自身弹性对摩擦磨损进行自动补偿；由于采用整圈（无缺口）结构，有效防止油气窜入气缸。
如果只有刮油环而没有这个密封圈，油气会通过三瓣刮油环槽窜入气缸。
活塞向盖侧压缩时，三斜口密封圈自然地压紧盖板端面并紧紧抱住活塞杆。
三斜口密封圈表面没有直通槽，油滴不会过量聚集或串通。
优化设计后的刮油器能有效刮净活塞杆上的油，刮油效果大大提高。
4 实际运行效果
本优化结构，在21150 N·m3/h天然气压缩机上进行应用，连续工作4000 h未见泄漏；在1500 N·m3/h氧气压缩机上进行应用，连续工作4000 h未见泄漏。
刮油效果稳定，连续工作能力强，大大提高了产品质量。
参考文献：
[1]郁永章. 容积式压缩机技术手册[M]. 北京：机械工业出版社，2000.
（上接第152页）柱塞处于吸入过程时，件19在材料弹性力的作用下恢复到原始状态，件19就会在1分钟内往返200次的摩擦，而摩擦力的大小取决于件20盘根接触部位的过盈量和在高压下加沙悬浮体使密封圈产生变形时接触表面产生的正压力的合力作用，再加之密封圈的快速位移，这种工况下，密封圈与阀箱的接触部位在一个较短的时间内就会产生一个沟槽进而失效。
件19是一个重26 kg的盘根盒，此件两端分别设有梯形扣的外螺纹和三角形内螺纹，尤其是外部的梯形螺纹，在旋合时要有一定间隙（一般在0.5 mm左右）才能达到互换。
件19在制造过程中要达到两端的螺纹及密封配合面完全在一个理论轴线上，难度较大。
这样在重量、螺纹间隙及制造精度等多因素情况下，件19装配在阀箱本体上就会与阀箱不在同一个孔轴线上，会产生偏移或形成一个夹角。
因此就会对柱塞与盘根产生偏磨而产生失效。
针对上述问题及存在问题的分析论述，把件19与阀箱设计成整体（图2），这样不仅能解决上述存在的问题，而且能延长阀箱的使用寿命和减少阀箱安装时间及劳动强度。
11.柱塞端前衬圈 12.弧形密封圈 13.V型密封圈 14.铜套
15.O型圈 16.油封 17.柱塞 18.盘根盒
图2 改造后柱塞端装配图
综上所述，5ZB-2800型压裂泵液力端阀箱的改造方案是可行的。
11
12
13
14
16
17
15
18。