[发明专利]一种五缸往复泵曲轴上曲柄初相角优化布置方法

说明书

本发明涉及一种曲柄初相角优化布置方法，具体涉及一种五缸往复泵曲轴上曲柄初相角优化布置方法。本发明对单缸单作用往复泵柱塞的运动规律进行分析，找出各运动参量与曲轴转角之间的对应关系；并根据据五缸往复泵各缸吸/排液特性及排出压力高的特点，对五缸往复泵曲轴上曲柄初相角优化布置方案进行优化设计，在方案的基础上提高了往复泵设计的可靠性，有效地降低了吸入液体产生的附加惯性水头损失、减轻了管路断流沉沙问题，改善了泵的吸入性能，且降低了曲轴弯曲应力，从而提高了五缸泵的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种曲柄初相角优化布置方法，具体涉及一种五缸往复泵曲轴上曲柄初相角优化布置方法。

背景技术

石油天然气工业中，往复泵主要用于钻井液的循环、高压注水、注聚合物采油和油气藏地层压裂等生产过程。随着油气开发重点逐渐向深部地层和非常规页岩气的转移，对大功率、高泵压往复泵的需求量日益增大，同时对其工作性能的要求也不断提高。近年来五缸往复泵的研发力度不断加大，已形成系列产品，其额定功率已达到3000马力，现场应用呈逐年增加的趋势。

现行文献报道中对往复泵的研究，主要集中在其关键件、易损件的疲劳寿命仿真、吸入过程气化仿真以及液体滑动密封的摩擦与磨损等方面，都是在现有的曲轴传动方案下开展的，对往复泵的性能改进和可靠性水平的提高起到了积极作用。

但是曲轴传动方案是往复泵工作性能及零部件寿命研究的基础，而不同的曲轴传动方案下，往复泵的工作性能差异较大，故，首先确定出往复泵的最优传动方案是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能为优化设计提供依据，以提高五缸往复泵设计可靠性的五缸往复泵曲轴上曲柄初相角优化布置方法。

本发明的技术方案是：

一种五缸往复泵曲轴上曲柄初相角优化布置方法；其特征在于：它包括以下步骤：

1）、对单缸单作用往复泵柱塞的运动规律进行分析，找出各运动参量与曲轴转角之间的对应关系；

2）、根据流量与速度及过流截面面积的关系，得出单缸单作用往复泵瞬时流量与曲轴转角的对应关系，并采用无因次方法得到单缸单作用往复泵的无因次瞬时流量计算表达式；

3）、对五缸往复泵的液缸进行1号—5号的顺序标号，并在液缸对应的曲轴曲柄上进行1#—5#的顺序标号，将五缸往复泵曲轴的吸入管划分为5个过流截面，并顺序标注1—1断面、2—2断面、3—3断面、4—4断面；分别记载各过流截面的瞬时流量波动情况数据，主要记载瞬时流量波动幅值及零流量持续时间（亦即断流时间，以曲轴转角度量）数据；

4）、以过流断面4-4断面断流时间和瞬时流量脉动幅值小为选择目标，在五个曲柄初相角中任取二个初相角进行组合分别布置在4#、5#液缸位置，当这两个初相角的组合能使4-4断面的瞬时流量波动幅值及断流时间达到最小时，即为所选择的两初相角组合；

5）、将步骤4中得到的两初相角组合同时置于1#、2#或4#、5#液缸位置，剩下的一个初相角置于3#液缸位置，即可得到一种布置方案，同时要求保证各布置方案中每一初相角仅出现一次；

6）、由排出状态时液缸内压作用力在曲轴上产生的无因次弯矩的计算公式分别计算步骤5得到的各优化布置方案在五个曲柄旋转中心的无因次弯矩，以弯矩小为选择方法，选择出最终五缸泵曲柄初相角布置方案。

本发明的有益效果在于：

本发明根据五缸往复泵各缸吸/排液特性及排出压力高的特点，对五缸往复泵曲轴上曲柄初相角优化布置方案进行优化设计，在方案的基础上提高了往复泵设计的可靠性，有效地降低了吸入液体产生的附加惯性水头损失、减轻了管路断流沉沙问题，改善了泵的吸入性能，且降低了曲轴弯曲应力，从而提高了五缸泵的使用寿命。

附图说明