YB陶瓷柱塞泥浆泵 压滤机专用泵通用型配件阀箱弯头

YB陶瓷柱塞泥浆泵 压滤机专用泵通用型配件阀箱弯头

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       压裂泵作为油气田增储上产的重要压裂设备,要求其具有性能稳定和工作可靠等特点,但压裂泵液力端阀箱破裂失效事故频发,工作寿命和利用率普遍偏低,已严重影响压裂工艺效率,成为提升压裂装备整体性能的瓶颈之一(www.82502.cn)。为确定阀箱失效模式、裂纹扩展机理和查找失效原因,本论文结合了材料学、断裂力学、金相学、有限元技术和强化处理工艺等理论,对报废阀箱从实验检测到理论分析等角度出发,深入开展了阀箱的疲劳损伤机理和疲劳寿命预测研究,主要进行的研究工作如下:(1)通过广泛查阅、检索国内外文献资料,深入调研分析了现有压裂泵的性能和使用情况,全面系统地了解、掌握和研究了国内外压裂泵的技术发展动态。经过对阀箱失效模式、失效准则的研究以及综合现场失效数据分析,认为疲劳开裂是阀箱主要和危险的失效模式;(2)对阀箱材料进行了化学成分检验、金相观察以及硬度测试一系列理化检测试验。化学成分检验表明,阀箱材料中含有较多的耐腐蚀和耐磨损合金元素,针对阀箱易腐蚀、易磨损等恶劣服役条件,起一定的缓解作用:金相观察说明阀箱热处理工艺较合理,材料基体组织为回火索氏体和铁素体,未发现夹杂物、组织偏析、气孔等先天性缺陷;硬度测试阐明,工作介质对阀箱材料有腐蚀作用,阀箱内腔表面附近区域材料的硬度值下降明显,易形成腐蚀缺陷而诱发裂纹萌生;(3)开展了失效阀箱裂纹的断口定性分析,确定了阀箱开裂为疲劳所致。宏观形貌观察表明阀箱裂纹为非连续性生长,且直线型裂纹居多。微观形貌分析揭示,断口表面上的疲劳条纹以脆性方式扩展;(4)建立了阀箱有限元模型,引入全寿命、裂纹萌生、裂纹扩展等方法进行疲劳寿命预测,仿真结果表明:裂纹萌生预测结果与阀箱实际损伤情况吻合较好,即阀箱内腔相贯线处和阀座座孔锥面为疲劳薄弱区域,且阀箱应力集中峰值已接近疲劳极限,阀箱的高交变应力是阀箱疲劳损伤的直接原因;(5)综合探讨了自增强技术、表面强化工艺、表面加工精度以及材料选择等各种提高阀箱疲劳寿命的措施和效果,研究表明自增强和喷丸技术能有效提高阀箱疲劳寿命,建议选用强度较高且韧性良好的材料作为阀箱坯料;(6)通过阀箱材料拉伸力学性能测试、常规疲劳测试、腐蚀疲劳测试等试验,掌握了阀箱材料的基本力学性能,获得S-N曲线,以及腐蚀对疲劳寿命的影响效果。试验测试数据表明在613Mpa应力水平下,腐蚀能降低50%左右的疲劳寿命。总之,通过本论文的研究工作,确定了阀箱的失效模式、失效机理和失效原因。建立了阀箱不同疲劳寿命预测方法。从阀箱选材、结构改进和制造强化工艺方面,探讨了提高阀箱疲劳寿命的措施。为压裂泵阀箱研制提供了一些新的思路和研究方法。因此,本论文的研究工作具有一定的实际应用价值。

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