车载压裂泵多体系统动态仿真与隔振优化

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近年来,伴随着压裂技术在油气田勘探与开采中的广泛应用,国内压裂设备的开发与研究得到了极大的发展,其中首要的设备即油气田专用的压裂车也正朝着高压力、大功率、大排量及自动化的方向稳步发展。但在实际作业过程中,随着压裂车的功率和质量的增大,其整车振动问题也越来越突出。压裂车主要由车台设备和底盘卡车组成,车台设备在压裂作业时会产生作用于底盘卡车的振动激励,从而引起整车振动,对压裂作业的安全和质量造成一定的影响,这其中尤以压裂泵最为显著。因此,本文选取在正常作业工况下的压裂泵振动响应作为主要研究的内容,分析其作业工况下的振源激励,从而得到压裂泵振动响应的主要特性,并对压裂泵的隔振系统进行参数优化设计,以期减小压裂泵振动带来的影响。本文针对较为常见的2500型压裂车进行了研究,根据压裂车结构组成和工作原理可知,在压裂作业过程中,整车振动主要受车台设备(压裂泵与车台发动机)的影响,振动激励主要来自于压裂泵和车台发动机各自的传动系统,即各缸曲柄连杆机构的激振力。通过MATLAB编程建立了压裂泵和车台发动机传动系统的激振力模型,分析了其激励特征,为后续压裂泵的振动研究打下了理论基础。根据集中参数法的理论,本文分别建立了以地面为基础和以底盘卡车为基础的压裂泵振动系统模型,分析了理想状态下与实际状态下的压裂泵振动响应,并对比分析了底盘卡车的耦合作用对压裂泵振动研究的影响,同时利用MATLAB与Adams对仿真结果进行了相互验证,为后续压裂泵隔振优化提供了理论支持。根据隔振优化理论,先通过灵敏度分析探讨了压裂泵隔振系统各物理参数分别对振动响应的影响,然后在符合工程实际的基础上,取压裂泵左右摇摆运动角加速度的均方根值为优化目标函数,通过改变隔振元件的刚度值、阻尼值和安装间距以达到改变隔振效果的目的。结果表明,直接优化压裂泵的振动响应具有改善隔振性能的作用。
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