Microstructure and properties of ductile iron bars for plunger pump prepared by horizontal continuous casting process

Ductile iron bars(DIBs) with a diameter of 145 mm, used for plunger pump production, were made by the horizontal continuous casting(HCC). The microstructure of the samples cut at three locations with different distances away from the surface(~20 mm from the surface, half of the radius and the center of the HCCDIBs)were investigated. The mechanical properties were measured by tensile and torsion tests. Results show that after the spheroidization of graphite, the iron matrix incorporates the nodules of Format I, Size 8 close to the surface, Format I, Size 7 at the half of the radius from the surface, and Format II, Size 6 in the centre of the bar,according to the ASTM A247 standard. The content of pearlite in the matrix changes from 55%(~20 mm from the surface) to 70%(half of the radius) and 80%(the center of the HCCDIBs). The strengths in tension are 552, 607 and 486 MPa with the elongations of 12.5%, 10.5% and 5.8% in samples cut at these three locations from the surface to the centre, respectively. The strength in torsion is equal to 558, 551 and 471 MPa at corresponding torsion angles of 418°, 384° and 144° respectively to the same distance from the bar surface. Fracture in tension is manifested via crack propagation through the interface between graphite nodules and matrix(Mode I), while in torsion the fracture is caused by the shear of graphite nodules(Mode II). It is shown that the transition between two fracture modes is also dependent on the size of graphite nodule. Typically, fracture Mode I was observed for nodules of smaller diameter(less than 22.7 μm) and fracture Mode II was seen for nodules of greater diameter(more than 24.8 μm).

Study on the fluid flow rule of five-cylinder plunger pump hydraulic end

The change of velocity and pressure of flow field in suction and discharge chamber of five-cylinder plunger pump obtained by CFD under maximum and minimum stroke,the results show that:when the stroke is 79 rpm,the internal of pump head will produce pressure holding,and the internal organization of pump head body will be in a fatigue state of high pressure for a long time.When the rotate angle is small,the peak velocity at the gap of valve disc and valve seat reaches 9.60m/s,which is the orifice jet phenomenon.When the stroke is 299 rpm,the overall velocity curve is relatively stable,but the velocity of fluid flow through the pump head body is larger,and the maximum velocity reaches 18.72 m/s at the bottom corner of valve,it will produce the circumfluence and vortex discharge chamber at the same time,which will cause the increase of vibration of pump head body.So it should use proper punching gear in order to conducive to overall working life of pump.

Fluid characteristic of multiphase fluid in annular space between pump barrel and plunger

The pump performance parameters,such as pump pressure,plunger friction and pump valve resistance,are fundamental parameters of optimal design of pump efficiency and sucker rod pumping system (SRPS).In this paper,considering the characteristic of geometrical nonlinear and rheology property of multiphase fluid,the pump performance parameters are studied.Firstly,a dynamics model of annular fluid flow is built.In the detail,a partial differential equation of annular fluid is established and a computing model of fluid pressure gradient is built.Secondly,the simulation models of plunger friction and hydraulic resistance of pump valve are built.Finally,a novel simulation method of fluid pressure in annular space is proposed with software ANSYS.In order to check up the correction of models proposed in this paper,the comparison curves of experiment and simulation results are given.Based on above model,the whole simulation model of plunger pump is simulated with Visual Basic 6.0.The results show that the fluid friction of pump plunger and instantaneous resistance of pump valve are nonlinear.The impact factors of pump performance parameters are analyzed,and their characteristic curves are given,which can help to optimize the pump motion parameters and pump structural.

基于预吸排油结构的柱塞泵配流盘优化

配流盘过渡区域的结构对于柱塞泵的脉动抑制以及减振降噪起着至关重要的作用。基于配流盘吸空抑制原理,对配流盘过渡区进行结构优化。首先计算为了平衡节流面积变化速率和柱塞腔运动速率所需增加的节流面积,并对配流盘过渡区结构进行优化。然后通过PumpLinx对轴向柱塞泵压力、流量脉动以及空化进行了仿真分析与验证。结果表明,优化后的配流盘过渡区结构可以有效降低压力、流量脉动,缓解空化发生。

考虑表面粗糙度与空化效应的组合密封润滑分析

为了研究表面粗糙度及空化效应对压裂泵柱塞密封副密封性能的影响,基于稳态Reynolds方程,建立了粗糙峰和空化效应影响下组合密封的弹流润滑数值模型.在数值模拟基础上,采用有限体积法求解稳态Reynolds方程,研究了密封副在表面粗糙度影响下的油膜厚度、油膜压力、油膜流速分布规律,以及不同的往复速度和滑环表面粗糙度对密封性能的影响.结果表明,外行程流体动压效应微弱,油膜在空气侧附近会出现空化现象;较高的往复速度有利于减小泄漏量及摩擦阻力;滑环表面粗糙度从0.8μm增加到1.8μm时,净泄漏量与外行程摩擦力分别升高了180.4%和11.17%.因此,在工作过程中应设置较高的往复速度和使用较低粗糙度的滑环以提高密封性能.

基于键合图理论的斜盘多柱塞泵建模与仿真

为了研究9个柱塞组合而成的斜盘式轴向柱塞泵的性能特征,应用键合图理论,通过AMESim仿真平台建立模型,研究斜盘倾角和配流盘窗口前端的减振槽对柱塞泵流量脉动的影响,分析扩展模型中斜盘所受的力矩。结果表明:柱塞泵斜盘倾角越大,输出的流量越多,流量脉动幅度越大;配流盘窗口的减振槽形状和大小越合理,流量脉动越小;用AMESim仿真平台中的接收和发射元件可以扩展模型,获得斜盘所受的力矩曲线。

水压泵柱塞密封性能实验装置的设计

为解决油水分离式柱塞泵的柱塞与缸套的密封可靠性及选型设计问题,研制了模拟水压柱塞泵实际运行工况的柱塞密封性能实验装置及其加载系统,并对实验装置进行了动平衡设计。在建立实验装置加载系统的仿真模型后,通过仿真对比确定了合理的加载方式。该实验装置的加载实验和稳定性实验表明,实验装置运行稳定可靠,且容积效率在合理范围内。

基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解方法

通过改进轴向柱塞泵的滑靴副与柱塞的结构设计以稳定建立滑靴油膜,这是轴向柱塞泵当前的研究热点之一。柱塞泵滑靴副油膜厚度的动态特性对分析柱塞泵滑靴副的支撑特性至关重要,为此,提出了一种基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解新方法。首先,对滑靴副的受力平衡机理进行了分析,并构建了柱塞泵运动学和动力学模型;然后,构建了柱塞泵整泵流场仿真模型,求解了包含滑靴底部支撑力、柱塞腔压力等在内的滑靴副支撑动态边界,并采用容积效率试验数据验证了整泵流场仿真的准确性;最后,建立了滑靴副油膜承载模型,分析了滑靴副油膜支撑特性,提出了基于插值计算理论的柱塞泵滑靴副油膜承载尺度动态求解方法,对1600 r/min与600 r/min两种典型工况的滑靴副油膜动态进行了计算。研究结果显示:大排量柱塞泵转速为1600 r/min时,柱塞惯性力导致高压侧油膜厚度进一步减薄,高压转低压过程中,柱塞腔内出现压力骤降,使滑靴副油膜无法形成,导致滑靴与斜盘发生刚性接触,在该区域内发生异常磨损;而在低转速工况(600 r/min)时,滑靴底面能够有效形成油膜,保证柱塞泵低速运行的可靠性。这表明基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解方法可以快速地对不同工况下的柱塞泵滑靴副油膜厚度进行求解。

柱塞泵滑靴磨损信号随机森林算法故障诊断

为了提高低负载下柱塞泵滑靴磨损故障状态诊断精度,提出基于随机森林算法的柱塞泵滑靴磨损故障状态识别方法。重点分析了低负载条件下各类柱塞泵滑靴故障信号的频域特征值,构建了特征数据库。验证了上述方法的适应性,并测试了柱塞泵不同程度松靴故障的诊断情况。研究结果表明:滑靴磨损后频域表现出明显的波动性,袋外错误率和决策树数量呈现反比变化规律,基本都在0.05附近,将决策树最优棵数n设定在400。以随机森林算法诊断特征数据库时,在250组样本中只发生了1组误识别情况,达到了98.75%的识别准确度。随机森林方法训练时间、训练准确度与测试准确度都比其它各算法更优。松靴故障诊断结果获得了高于99.5%的总体诊断准确度。采用随机森林方法柱塞泵磨损故障状态诊断表现出优异适应性,能够对柱塞泵各故障状态进行准确诊断。

柱塞泵配流盘卸荷槽开度对瞬态流场特征影响

空化是影响轴向柱塞泵性能的关键因素,柱塞缸体表面损坏是一种常见的失效形式,但目前成因尚不清晰。建立柱塞泵三维流场仿真模型,设计可观察单个柱塞腔与卸荷槽导通状态下流场特征的实验装置,并采用流体仿真和流场可视化测量的方法揭示了其成因。研究结果表明:射流角随卸荷槽开度的增大而增大,并伴随漩涡的产生与消失,射流中心速度大于20 m/s时漩涡产生;柱塞腔与卸荷槽由导通至完全截止的转变过程中,射流角由0°逐渐增大至60°,当射流角由0°向20°变化时,射流方向主要集中于柱塞缸体与配流盘腰型槽接触的表面处,导致柱塞缸体表面和配流盘吸油腰型槽上部产生射流破坏和气蚀破坏;当射流角由20°向60°变化时,射流方向将向配流盘腰型槽内部扩展,导致配流盘破坏区域由上部移向内部。上述研究结果有助于厘清柱塞缸体摩擦表面气蚀成因,为配流盘结构优化设计提供了约束条件,对提升柱塞泵的综合性能也有重要意义。

五对置柱塞泵曲轴的多工况分析及优化

针对五对置柱塞泵曲轴在实际工况下存在的失效、共振问题,以五对置柱塞泵曲轴为例,采用理论分析和有限元分析的方法,对曲轴进行了仿真分析、结构优化和强度校核。首先,采用了ANSYS有限元分析法,研究了5DW150/16对置式柱塞泵曲轴多工况下的应力应变云图与模态响应云图,分析了曲轴不同工况下的危险截面和共振问题;然后,采用了支撑结构优化与响应面法优化两种优化方法,研究了支撑方式与结构参数对曲轴应力应变的影响;最后,采用了理论公式强度校核方法,对优化前后的曲轴是否满足设计要求进行了验证。研究结果表明:五拐两支撑结构曲轴的危险截面出现在曲柄销的过渡圆角处,不会出现共振现象;采用全支撑结构增强了曲轴的抗冲击能力,降低了曲轴的颤动,提高了整体载荷能力,保证了泵的平稳运行;采用响应面法优化后的曲轴,最大等效应力减小了15.8%,最大变形量减小了14.04%;优化前后的曲轴可以满足强度要求。

基于颗粒阻尼的柱塞泵减振研究

柱塞泵以及相关管网振动过大的问题,是困扰油田注水泵站安全生产的难题之一,极大的管道振动常常会引起管道的疲劳破裂,从而引发流体泄漏等安全事故。研究了基于颗粒阻尼的专用减振器,并基于有限元与离散元耦合分析算法,建立了颗粒阻尼技术阻尼分析模型,然后利用有限元方法,分析了增加颗粒阻尼前后的设备减振效果,并结合现场测试数据以及空间安装位置,设计了合理的阻尼减振方案,并完成了阻尼器的现场安装与调试,研究发现,增加颗粒阻尼减振后,设备的振动烈度降低57.5%以上,进出口管线降低45%以上,确保了设备的安全运行。

Analysis of fluid vibration transfer path and parameter sensitivity of swash plate axial piston pump

Taking swash plate axial piston pump as the research object,the mechanism of fluid vibration and transfer rule are analyzed.The pump shell can be assumed as the ultimate recipient of vibration transmission,the path model and differential equations from the fluid to the shell are established.The parameters of the path model are determined by the simulation software,and the mathematical model is solved by the simulation software.And time/frequency domain analysis of vibration acceleration of shell is presented.Based on the different influence of various parameters in the transfer path model on transfer characteristics and vibrational recipients,the time-varying parameters are studied by using sensitivity analysis theory,and the influence of the structural parameters on the vibration characteristics of vibration subject is quantitatively analyzed.The research in the paper provides theoretical basis for vibration analysis and structure parameter optimization of axial piston pump.

基于数据驱动的柱塞泵冲击信号分离模型研究

针对多缸体柱塞泵冲击信号难以分离且机械故障判断困难的问题,提出了基于数据驱动的柱塞泵冲击信号分离模型。模型根据谱峭度最大原则对原始信号进行自适应带通滤波处理,根据二次包络谱峰值结合最优谐波能量和算法自动搜索柱塞泵的转速数据,根据转速对柱塞泵的单次循环大周期进行分割,以提取每个大周期内的各个密封阀单次冲击信号;判断每次单个冲击的起始时刻,设计周期时变滤波器组,对原始信号进行滤波处理,得到单一缸体的冲击信号,并计算相应的特征指标;采用实际柱塞泵振动数据对模型的准确性进行了验证。结果表明:对于具有明显冲击的三缸泵振动信号,采取分离模型分析出其转频为3.7566 Hz,信号周期为5.12 s,设计出6个周期时变滤波器组对原始信号进行处理,实现了每个密封阀的冲击信号的有效分离,便于后续对每个阀体进行独立监测和诊断分析。研究结果可为多源冲击信号的分离提取提供技术支持以及参考依据。

基于AMESim的多液缸合流式压裂泵流量脉动特性研究

传统的机械式压裂泵存在冲次高、冲程短、曲轴易于失效等问题,为此,提出了一种多液缸合流式液压驱动压裂泵,并对其产生流量脉动的机理进行了研究。首先,详细阐述了多液缸合流式压裂泵的工作原理,基于液压流体力学等理论,建立了多液缸合流式压裂泵的数学模型,并进行了理论分析;其次,采用AMESim仿真软件搭建了多液缸合流式压裂泵工作仿真模型,选择了合理的仿真参数设置,进行了变负载压力下的仿真研究;最后,对液压动力传递链中的活塞-柱塞运动特性、泵腔流量特性、输出流量和压力脉动特性进行了研究,并对仿真结果进行了分析。研究结果表明:在25 MPa工况下,多液缸合流式压裂泵的输出压力和流量脉动率分别为36.8%和20.61%,冲次只有42次/min,符合实际工况;多液缸合流式压裂泵输出流量脉动的主要原因是各组液缸的频繁换向、泵送行程和吸入行程的切换,导致活塞-柱塞做减速停止运动和加速启动运动。

基于ICEEMDAN-GCNII的柱塞泵故障诊断方法研究

为识别出柱塞泵的不同故障模式,提出一种柱塞泵故障诊断方法。首先,将柱塞泵的振动加速度信号数据通过改进的自适应噪声完备集成经验模态分解(Improved Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,ICEEMDAN)方法分解为多个固有模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF),分别计算筛选后的IMF分量的时域、频域特征并拼接为特征向量;其次,使用K近邻算法计算各特征向量之间的相似度,依据相似度生成一种故障样本特征图,实现一维时序数据到图结构数据的转换,刻画不同故障样本之间的联系;最后,将故障样本特征图输入至基于初始残差和恒等映射的图卷积网络(Graph Convolutional Network via Initial Residual and Identity Mapping,GCNII)诊断模型中,准确的识别出柱塞泵的不同故障类型。经实验验证,该方法在5种柱塞泵故障类型上的诊断率达到了98.67%。

低温液体泵的简介与常见故障分析

简单介绍了低温泵中最常见的两种形式的液体泵——低温离心泵、低温柱塞泵的工作原理,并分别以某钢厂75000 m3/h空分中使用的液氧泵和液氩泵为例,列举了低温泵运行中的常见故障及维护手段。通过总结提炼,加快了设备故障排除及维护速度,提升了设备管理人员管理水平。

高压柱塞泵关键部件超声空化水喷丸表面强化工艺研究

高压柱塞泵是高端液压装备的核心元件,但由于其工作环境恶劣且内部几何结构复杂,国内缺乏良好的关键部件强化手段,导致国产高压柱塞泵寿命较低。该文利用超声波诱导水体产生空化泡,空泡溃灭产生射流冲击待强化表面,可获得良好的强化效果。为能够多维度分析不同参数对表面完整性的影响,以加工时间、靶向距离、超声振幅(声压强度)为试验因素,试件表面粗糙度和残余应力为评价指标,设计三因素三水平正交试验。结果表明,超声空化水喷丸工艺可以提高其表面性能,是一种十分有研究前景的强化方式。

中国压裂泵产品专利信息分析

文章对中国压裂泵产品专利信息进行了深入分析,包括专利申请趋势、专利类型分布、主要专利申请人、主要专利申请地区以及主要技术领域。分析显示,中国压裂泵技术的专利申请量呈现出稳步增长的态势,实用新型和发明专利占据主导地位,反映了行业技术的持续创新和进步。同时,文章还分析了行业内领先的专利申请人以及专利申请活跃的地区,揭示了技术研发和创新的热点。此外,对技术领域的深入分析表明,压裂泵技术的研发正朝着高效、智能化和环保等方向发展。文章的研究结果不仅有助于了解中国压裂泵技术的创新现状和发展动态,也为相关企业和研究机构提供了有价值的市场和技术情报,对推动行业技术进步和知识产权保护具有积极意义。

基于损伤等效的压裂泵柱塞疲劳载荷谱研究

在页岩气作业中,压裂泵柱塞受到周期性载荷的作业易出现疲劳破坏,而压裂泵柱塞产品开发初期没有疲劳计算所需的实测疲劳载荷谱。针对此问题,根据6000型机械压裂泵的百万冲次试验测试柱塞组件的应变载荷谱,采用一定方法对柱塞的疲劳载荷谱进行等效编谱,评估柱塞疲劳寿命并对柱塞的结构进行优化设计,最后锁定柱塞设计数据。通过分析证明了通过测试与仿真相结合可评估柱塞疲劳耐久性,提升产品质量。为了减少重型件产品设计的验证时间,基于采集的柱塞载荷谱以一定方法获得柱塞疲劳载荷谱。基于等效损伤原理,采用block cycle方法进行柱塞台架试验载荷谱的提取,为后续搭建柱塞台架试验台提供设计依据。