[发明专利]一种泵头体设计方法、加工方法及压裂泵

说明书

本发明提供了一种泵头体设计方法、加工方法及压裂泵，泵头体设计方法，包括步骤：构建泵头体初始模型；对泵头体初始模型的运行工况进行仿真分析；根据仿真分析结果，修改泵头体初始模型，直至满足预设条件，以得到泵头体设计模型。本发明中的泵头体设计方法，在仿真软件中模拟泵头体初始模型的各个运行工况，以找出泵头体初始模型易开裂的区域，根据仿真分析结果对泵头体初始模型进行修改，最终得到泵头体设计模型，这种通过仿真分析进行设计优化的方式能降低泵头体设计过程的繁杂计算与分析工作量；泵头体设计模型的该预应力能保证泵头体在高压交变液压载荷下抵消或降低泵头体内的张应力，确保泵头体不易开裂，提高泵头体的使用寿命的目的。

技术领域

本发明涉及油气田压裂设备技术领域，具体而言，涉及一种泵头体设计方法、加工方法及压裂泵。

背景技术

目前油气田压裂过程中要使用到压裂泵，但压裂泵的泵头体在极端工作时会受到高压、频繁交变压力脉冲的冲击，容易出现疲劳张应力开裂，导致泵头体工作寿命不足的现状。

泵头体作为压裂设备技术核心部件，经济价值极高，但每年均有压裂泵泵头体出现张性开裂而报废，其占报废压裂泵泵头体报废数量的90％以上。经过分析发现，压裂泵泵头体的张性开裂多是因热处理出现瑕疵、机械加工导致强度下降、无法内处理导致应力集中和交变应力疲劳等综合因素导致的，而其开裂的部位均位于贯通孔的十字相交处的内壁。

发明内容

本发明解决的问题是压裂泵泵头体容易开裂，使用寿命短。

为解决上述问题中的至少一个方面，本发明提供一种泵头体设计方法，包括以下步骤：构建泵头体初始模型；对所述泵头体初始模型的运行工况进行仿真分析，得出仿真分析结果；根据所述仿真分析结果，修改所述泵头体初始模型，直至满足预设条件，以得到泵头体设计模型。

相对于现有技术，本发明中的泵头体设计方法，通过在仿真软件中模拟泵头体初始模型的各个运行工况，以便找出泵头体初始模型易开裂的区域，并根据仿真分析结果，不断对泵头体初始模型进行修改，直到修改后的泵头体模型符合预设条件，才最终得到泵头体设计模型，这种通过仿真分析进行设计优化的方式能大大降低泵头体设计过程的繁杂计算与分析工作量；且泵头体设计模型设计有一定的预应力，利用该预应力能保证泵头体在高压交变液压载荷下抵消或降低泵头体内的张应力，确保泵头体不易开裂，实现利用泵头体内的预应力来大大提高泵头体的使用寿命的目的。

可选地，所述根据所述仿真分析结果，修改所述泵头体初始模型，直至满足预设条件包括：根据所述仿真分析结果，获取预应力设计参数；根据所述预应力设计参数修改所述泵头体初始模型，得到待校核的泵头体模型；对所述待校核的泵头体模型的运行工况进行仿真分析校核，得出仿真分析校核结果；判断所述仿真分析校核结果是否符合设计预期目标；若所述仿真分析校核结果符合所述设计预期目标，则得到所述泵头体设计模型；若所述仿真分析校核结果不符合所述设计预期目标，则根据所述仿真分析校核结果修改所述预应力设计参数，根据修改后的预应力设计参数修改所述待校核的泵头体模型，并返回执行所述对所述待校核的泵头体模型的运行工况进行仿真分析校核，得出仿真分析校核结果的步骤。

相对于现有技术，本发明中的泵头体设计方法，采用回归优化方法优选出科学、合理的泵头体预应力设计方案，以确保仿真分析校核结果符合设计预期目标，从而达到提升泵头体使用寿命的效能，保证方案的高性价比。

可选地，所述设计预期目标包括：所述待校核的泵头体模型在高压工况的使用寿命延长2-3倍和所述待校核的泵头体模型能承受的压力值提升30-50％。

相对于现有技术，本发明中的泵头体设计方法，将待校核的泵头体模型在高压工况的使用寿命和能承受的压力值作为设计预期目标的评判标的，能更加直观且有效地检测待校核的泵头体模型的仿真分析结果，以确保能延长泵头体的使用寿命。

可选地，所述预应力设计参数包括预应力螺栓孔的布置要求、中空螺栓连接副的参数、热装配工艺的热装配参数。