重型压裂泵的振动特性及减振方法研究

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伴随着油气开采设备的功率提高和效率提升,对设备的稳定性、安全性提出了更高的要求。压裂橇柱塞泵作为油气开采设备的重要一环,其振动特性研究是非常有必要的。本文以压裂泵为研究对象,开展了其振动特性及减振方法研究,本文主要内容如下:首先,结合角接触球轴承的结构特点,基于赫兹接触理论推导径向与推力联合载荷下的角接触球轴承非线性刚度公式,考虑轴承运转的润滑状态,通过弹流润滑理论,计算轴承油膜刚度,并探究了初始接触角对油膜刚度的影响。考虑油膜刚度,计算角接触球轴承的非线性综合刚度,研究动力粘度系数、粘压系数和转速对轴承综合刚度的影响规律。结合粘弹性接触和多点约束连接建立精确的模态分析有限元模型,通过Nastran软件采取LANCEZOS法分析了压裂泵固有特性。考虑运动副与接触力之间的摩擦系数和轴承非线性综合刚度曲线等因素建立基于Adams压裂泵刚柔耦合动力学模型,分析相关工况下柔性体的振动加速度响应,得到压裂泵整体的振动特性。搭建压裂泵振动测试平台,开展了压裂泵关键部位的振动响应测试,通过实验方法获得了压裂泵测点的振动加速度响应曲线,通过对比仿真与试验数据验证了压裂泵刚柔耦合动力学模型的准确性。最后,结合仿真和试验数据,建立齿轮--轴--轴承--箱体的静力学模型,在齿廓修形和齿向修形的理论基础上,对平行级齿轮副进行了复合修形,并通过遗传算法v2确定齿轮最佳修形参数,降低了压裂泵减速箱壳体振动。在齿轮复合修形的基础上,采用增加两个固定支撑点和增加内部加强筋的优化方法,进行了压裂泵刚柔耦合动力学仿真分析,获取相应零部件测点的振动加速度,仿真结果表明所提出的减振方法可达到减振目的。
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