【摘 要】
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油气增产、页岩气开发对压裂作业的需求越来越大,对压裂设备性能的要求也越来越高。压裂泵曲轴的扭转振动对整机振动有重要影响,是曲轴破坏的主要原因之一。研究曲轴的扭振特性,有针对性地提出减振措施,可以减少扭振对曲轴的破坏,有利于改善整机振动,进一步提高压裂作业的经济性和可靠性。本文对2500型压裂车的压裂泵曲轴系统进行扭振分析,主要工作如下:首先,建立压裂泵曲轴的有限元模型,求得自由状态下的模态信息,其
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油气增产、页岩气开发对压裂作业的需求越来越大,对压裂设备性能的要求也越来越高。压裂泵曲轴的扭转振动对整机振动有重要影响,是曲轴破坏的主要原因之一。研究曲轴的扭振特性,有针对性地提出减振措施,可以减少扭振对曲轴的破坏,有利于改善整机振动,进一步提高压裂作业的经济性和可靠性。本文对2500型压裂车的压裂泵曲轴系统进行扭振分析,主要工作如下:首先,建立压裂泵曲轴的有限元模型,求得自由状态下的模态信息,其固频均在激励倍频的10%以外。建立两种特殊工况下的有限元模型,得到曲轴在有预应力约束状态下的模态信息,部分固频在激励倍频的10%以内。对比两种模态分析结果可以发现,载荷和约束对曲轴系统固频的影响非常明显。其次,建立压裂泵曲轴系统的集总质量参数模型,求得自由状态下曲轴的模态信息,对比有限元法结果误差不大。基于模态叠加法得到曲轴系统的扭振响应,有最大扭振幅值0.6483°,有必要进行振动控制研究。采用振型截断法确定各阶振型在振动响应中的参与度,当取前五阶振型参与振动响应求解时,误差小于1%。然后,创建压裂泵曲轴系统的刚柔耦合多体动力学模型,得到柔性体曲轴的扭振响应,有最大扭振幅值0.5055°。与数值解进行对比,趋势大致相同,得到了相互验证。最后,对曲轴的扭转刚度、转动惯量参数进行灵敏度分析,找到对扭振响应幅值作用比较明显的参数并进行修改,降低扭振幅值5.46%,但仍有待进一步优化。设计硅油阻尼减振器,求解添加减振器后的扭振响应,扭振幅值降低65.31%,满足使用要求。基于粒子群算法对减振器的关键参数进行优化,并求解添加优化后减振器时的振动响应,扭振幅值进一步降低了6.49%。与原系统的振动响应进行对比,两种方法均对扭振均有抑制作用,且粒子群算法用于减振器参数优化的方法是可行的。
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