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自适应回路在压裂泵流体脉动抑制中的应用

李永涛 杨波 木合塔尔·克力木

李永涛,杨波,木合塔尔·克力木. 自适应回路在压裂泵流体脉动抑制中的应用[J]. 机械科学与技术,2024,43(5):805-811 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220294
引用本文: 李永涛,杨波,木合塔尔·克力木. 自适应回路在压裂泵流体脉动抑制中的应用[J]. 机械科学与技术,2024,43(5):805-811 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220294
LI Yongtao, YANG Bo, MUHTAR·KLIM. Application of Adaptive Loop in Fluid Pulsation Suppression of Fracturing Pump[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2024, 43(5): 805-811. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220294
Citation: LI Yongtao, YANG Bo, MUHTAR·KLIM. Application of Adaptive Loop in Fluid Pulsation Suppression of Fracturing Pump[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2024, 43(5): 805-811. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220294

自适应回路在压裂泵流体脉动抑制中的应用

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220294
基金项目: 新疆维吾尔自治区自然科学基金青年项目(2022D01C93)与“天池博士计划”科研基金项目(tcbs201921)
详细信息
    作者简介:

    李永涛,硕士研究生, 2561317344@qq.com

    通讯作者:

    杨波,讲师,硕士生导师, yangbo.228@163.com

  • 中图分类号: TH137

Application of Adaptive Loop in Fluid Pulsation Suppression of Fracturing Pump

  • 摘要: 针对液压驱动式压裂泵流体脉动问题,分析了其脉动机理,通过对基于蓄能器-增压缸组合的传统脉动抑制回路进行理论研究,提出了一种基于蓄能器-增压缸组合的自适应脉动抑制方法,并对自适应脉动抑制特性进行理论分析,研究了系统稳态压力等参数的变化对其脉动抑制效果的影响。利用MATLAB/Simulink软件建立脉动抑制回路数学模型,对两种抑制方法进行对比仿真研究,结果表明:相比较基于蓄能器-增压缸组合的脉动抑制方法,自适应方法具有更好优的抑制效果,其脉动压力幅值是传统方法的45% ~ 86%左右,且具有一定的自适应性、良好的稳定性和灵活性。
  • 图  1  液压驱动式压裂泵原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of hydraulically driven fracturing pump

    图  2  蓄能器-液压缸组合式脉动抑制

    Figure  2.  Combined pulsation suppression of accumulator and hydraulic cylinder

    图  3  自适应脉动抑制原理

    Figure  3.  Principle of adaptive pulsation suppression

    图  4  不同负载工况下压力脉动变化曲线

    Figure  4.  Pressure pulsation curves under different load conditions

    图  5  不同充气压力下压力脉动变化曲线

    Figure  5.  Pressure pulsation curves under different inflation pressures

    图  6  不同容积下压力脉动变化曲线

    Figure  6.  Pressure pulsation curves of under different volumes

    表  1  仿真参数

    Table  1.   Simulation parameters

    参数 数值 参数 数值
    前管路长度L2/m 0.050 密度ρH/(kg·m−3 1000
    柱塞缸杆径d2/m 0.045 活塞缸杆径d2/m 0.045
    活塞缸缸径d2/m 0.080 油缸行程s/m 0.350
    增压比的倒数K 0.340 运动黏度μ/(mm·s−1 1.010
    输出管长度L1/m 1.000 气体绝热系数k 1.400
    气体阻尼系数Cq 49.100 体积弹性模量/MPa 2 180
    气体刚度系数Kq 45 299.3 比例常数Ku/(V·mm−1 2.500
    阀芯位移xv/mm −3 ~ 3 面积梯度CW/mm 0.200
    蓄能器容量/L 2.4 采样时间Δt/s 3.000
    蓄能器压力/MPa 6
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    表  2  脉动幅值仿真结果

    Table  2.   Simulation results of pulsation amplitude

    名称 容积/L 充气压力/MPa 脉动压力值/MPa
    自适应方法 2.4 7 −1.58 ~ 1.58
    2.4 5 −0.93 ~ 1.09
    传统方法 2.4 7 −2.0 ~ 1.85
    2.4 5 −1.5 ~ 1.40
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    表  3  脉动幅值仿真结果

    Table  3.   Simulation results of pulsation amplitude

    名称 容积/L 充气压力/MPa 脉动压力值/MPa
    自适应方法 2.4 6 −1.25 ~ 1.31
    1.0 6 −2.74 ~ 2.66
    传统方法 2.4 6 −1.76 ~ 1.63
    1.0 6 −3.44 ~ 3.35
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  • 收稿日期:  2021-12-21
  • 刊出日期:  2024-05-31

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