液压型石油压裂车液压系统流体振动溯源及抑制研究

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石油压裂车是石油工业中重要的工程机械。传统机械式压裂车受制于目前国产大功率发动机及变速箱制造水平限制,主要部件依赖进口,而液压型石油压裂车具有能够使用多个较小功率发动机分布式驱动的优点,还可无极调整压裂流量,得到了国内市场的认可。但在实际施工作业中,某液压型压裂车出现了液压系统流体振动的问题。高压钢管内压力波动较大,长此以往会导致管路疲劳损坏,从而引起安全事故,为此液压型石油压裂车流体振动问题急需得到解决。本文根据国内外液压系统流体振动的研究以及流体减振方法,以某公司的液压型石油压裂车为研究对象,对压裂车液压系统的流体振动问题进行研究。针对液压型压裂车多泵合流驱动多并联马达的泵控液压系统欠阻尼的特点,推导外负载力矩周期变化或泵控系统周期变化导致的高压流体振动传递函数,计算系统级的谐振频率。针对液压系统高压管路较长的特点,对管路谐振展开研究,计算高压钢管内压力传递函数,对管路压力波的谐振频率进行计算。对可能导致液压系统流体振动的激励源逐一计算激励频率,包括发动机、泵、马达、压裂泵等。结合系统级及管路级的谐振特性进行分析,认为压裂泵在600 L/min的流量工况工作时产生的转矩激励与液压系统固有频率约6 Hz相近,导致液压系统出现谐振现象。结合实验判断,没有明显的管路谐振现象或泵控系统自激振荡的情况出现。从动压反馈增加系统阻尼比和利用蓄能器的刚度改变液压系统固有频率避开谐振两方面对蓄能器减振展开研究,认为利用蓄能器改变液压系统固有频率对压裂车进行流体减振更为合适。可将系统固有频率从6 Hz移至4 Hz,使600 L/min的流量工况下高压压力流体振动降低60%以上。
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