压裂泵应用于油气的增采作业中,随着油气开采难度的加大,压裂泵正向着高排量、高压力及高冲次方向发展,而泵阀是压裂泵液力端的一个关键部件。然而,提高排量、压力和冲次后,泵阀寿命极短,一般只使用1-2口井就损坏。泵阀损坏主要原因是由泵阀工作锥面被压裂液陶粒颗粒磨损刺漏引起；泵阀材料的耐磨性或者泵阀密封表面的硬度不够,导致泵阀不能适应压裂泵的工作环境；泵阀密封面的刺漏将导致泵阀关闭不严,泵阀发生失效。为延长泵阀使用寿命,提高其工作效率,本文对压裂泵泵阀的失效形式进行分析,确定泵阀的主要失效机理；利用数值方法求解阀盘的运动微分方程,以求解的结果作为后续流场分析和冲击动力学分析的初始条件,对泵阀开展磨料磨损试验研究、流场仿真分析和冲击动力学分析研究,对泵阀不同凡尔胶皮结构进行疲劳寿命研究；最终提出泵阀结构的改进方案,并进行初步分析研究,以提高泵阀的冲击和冲蚀磨损性能。在上述研究过程中,本文主要完成了以下几个方面的研究工作：(1)通过泵阀现场调研和理论知识相结合,开展泵阀主要失效形式分析,找到泵阀的主要失效机理包括磨料磨损、冲蚀磨损和冲击疲劳磨损；(2)对泵阀的运动微分方程进行求解,得到泵阀的位移、速度和加速度表达式及其图像,并对泵阀的冲次和锥角进行了研究;(3)开展泵阀的磨料磨损试验研究,设计试验方案,并研究了压裂液含砂量和正压力对压裂泵泵阀磨损的影响；同时根据实验数据,通过最小二乘法,总结了泵阀的磨损预测方程；(4)开展泵阀的流场研究,建立整个泵阀系统的流场三维仿真模型,并对不同升程、不同冲次和不同凡尔胶皮结构的流场进行分析；同时开展颗粒对泵阀壁面的冲蚀研究,分析颗粒的冲击过程、颗粒的直径、冲击角和冲击速度对泵阀壁面的影响。(5)开展泵阀的冲击疲劳研究,分析凡尔胶皮结构对泵阀冲击的影响,通过拉伸试验和疲劳试验得出泵阀的力学性能和阀的疲劳寿命S-N曲线,进而对不同凡尔胶皮结构进行寿命预测；(6)提出阀盘锥面采用球面接触、凡尔胶皮接触锥面锥角的变化和采用减振板的泵阀结构的三种改进方案,其中球面接触和带减振板的泵阀结构能够减小泵阀的冲蚀和冲击作用。本文从泵阀的失效机理出发,建立了一套较为完善的对泵阀失效形式的试验与仿真分析方法,该方法对后续压裂泵泵阀的设计和优化等具有一定的参考价值。