摘要：针对电动压裂泵排出法兰多次断裂,为了找到断裂原因并采取有效预防措施避免类似故障再次发生,对断裂的排出法兰进行化学成分、拉伸、冲击和金相分析检测,计算了排出法兰密封圈限位槽最小截面上顶点处等效应力,为101.12 MPa,并与其许用应力进行对比,计算得到许用工作静套压为323 MPa;使用SolidWorks Simulation计算了排出法兰的位移、应力分布以及疲劳寿命(大于13888 h)。结果表明,排出法兰最大应力位于密封圈限位槽最小截面上顶点处,其等效应力满足现场压裂施工一般工况下使用要求,排出法兰材料冲击功20 J,低于技术要求的27 J,水击现象使压强增加21.6 MPa;设计不合理和高压件安装不合理等多种因素共同作用导致疲劳裂纹扩展引起断裂失效。通过理论计算和排出法兰材料性能检测,找到了断裂失效原因并提出了预防措施。研究结论可为同类典型的可拆卸螺母锤接头总成结构的设计、强度分析和现场使用提供参考。

摘要：针对高压压裂泵现场施工中由于铜套裂纹引起液力端盘根密封总成快速失效的现象,提出了优化铜套开口角度α和底部圆角R,进行基于有限疲劳寿命的压裂泵盘根铜套优化设计方法。首先,通过现场施工中的4.5 in(1 in=2.54 cm)V形铜套损坏情况,估算了现有V形铜套的疲劳寿命为2830000次;然后,使用SolidWorks Simulation建立了4.5 in V形铜套的静力学有限元模型,反推确定了吸入缸压强传递系数为0.3,对4.5 in V形铜套进行了疲劳分析,计算了疲劳寿命为2797000次;最后,计算了4.5,4,3.75,3.25和5 in V形铜套在不同开口角度和圆角的疲劳寿命。结果表明:优化设计后的4 in V形铜套在开口角度改为120°后疲劳寿命增大了81.5倍,现场测试满足在液缸最大生命周期内不再产生疲劳裂纹;通过现场施工数据反推传递系数,验证疲劳寿命计算方法的有效性,优化设计了5种压力等级下铜套的开口角度和圆角。同时,为其他型号盘根铜套优化设计提供了参考方法。