Зниження енерговитрат мобільних насосних агрегатів шляхом визначення оптимального температурного режиму насосів висо-кого тиску
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9868-2026-1(45)-195-210Ключові слова:
нафтогазовий технологічний транспорт; енергоефективність; зношування; насос високого тиску; оптимальна температура.Анотація
У статті розглянуто проблему підвищення енергоефективності мобільних насосних агрегатів для гідравлічного розриву пластів в нафтогазовій галузі. Наведені результати досліджень зношування поверхонь тертя насосів високого тиску, інтенсивності зміни початкових розмірів та геометричної форми деталей насосів високого тиску. Встановлено, що абразивному зношуванню піддаються, переважно, корпуси, втулки насосів, прецизійні плунжери, ущільнення, штоки крейцкопфних механізмів. Проаналізовано зміни режимів роботи насосів, додаткових енергетичних витрат, зниження тисків і подачі насосів високого тиску від зносу поверхонь тертя. Встановлено, що досліджень енерговитрат та зношування деталей насосів високого тиску мобільних насосних агрегатів для гідравлічного розриву пластів від температури робочої оливи та визначення оптимальної температури робочої оливи насосних агрегатів ще не проводилось. Метою експериментальних досліджень було встановлення у лабораторних та промислових умовах зв’язку температури робочої оливи гідросистеми на енерговитрати тертя та інтенсивність зношування поверхонь насосів високого тиску та агрегатів трансмісії мобільних насосних агрегатів для гідравлічного розриву пластів. Відповідно до сформульованої мети були виконані експериментальні дослідження на машині тертя моделі УМТ 2168 основних закономірностей зміни зношувальних та енергетичних характеристик поверхонь тертя деталей насосів високого тиску мобільних агрегатів для гідравлічного розриву пластів FC-2251 та УН1-630×700. Результати експериментів показали, що оптимальний температурний режим насосів високого тиску складає від 45...65 0С. Виконані експериментальні дослідження залежностей втрат потужностей в коробках перемикання передач мобільних агрегатів для гідравлічного розриву пластів у залежності від температур трансмісійних олив.
Результати експериментів показали, що мінімальні значення втрат потужності для АКПП насосного агрегату FC-2251 досягались за температури трансмісійної рідини плюс 41 оС і при подальшому зростанні температури практично не змінювались. Мінімальні значення втрат потужності для МКПП насосного агрегату
УН1-630×700 досягались за температури трансмісійної рідини плюс 49 оС. Встановлено, що зниження енерговитрат пар тертя при збільшенні температури оливи до 45...65 0С пояснюється кращим надходженням малов'язкої оливи в зону тертя, кращим видаленням продуктів зносу від поверхонь тертя та інтенсивнішим тепловідведенням. При підвищенні температури вище 65 оС енерговитрати починають зростати, що пов'язано з порушенням гідродинамічного режиму оливи, значним зниженням товщини і міцності, а також подальшим руйнуванням оливного шару, що розділяє поверхні тертя.
Завантаження
Посилання
1. Xu, B., Ding, R. G., & Zhang, J. H. (2015). Experiment research on individual metering systems of mobile machinery based on coordinate control of pump and valves. Journal of Zhejiang University (Engineering Science), 49(1), 93–101. https://doi.org/10.3785/j.issn.1008-973X.2015.01.014
2. Li, D., Ma, X., Wang, S., Wang, J., Yang, F., & Liu, Y. (2023). The difference in tribological characteristics between CFRPEEK and stainless steel under water lubrication in friction testing machine and axial piston pump. Lubricants, 11(4), Article 158. https://doi.org/10.3390/lubricants11040158
3. Manring, N. D. (1999). Friction forces within the cylinder bores of swash-plate type axial-piston pumps and motors. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 121(4), 579–582. https://doi.org/10.1115/1.2802507
4. Zhang, J., Chao, Q., Xu, B., Pan, M., Wang, Q., & Chen, Y. (2017). Novel three-piston pump design for a slipper test rig. Applied Mathematical Modelling, 52, 65–81. https://doi.org/10.1016/j.apm.2017.07.013
5. Shang, L., & Ivantysynova, M. (2015). Port and case flow temperature prediction for axial piston machines. International Journal of Fluid Power, 16(1), 35–51. https://doi.org/10.1080/14399776.2015.1016839
6. Zecchi, M., Mehdizadeh, A., & Ivantysynova, M. (2013). A novel approach to predict the steady state temperature in ports and case of swash plate type axial piston machines. Linköping University Electronic Press. http://dx.doi.org/10.3384/ecp1392a18
7. Shentu, S., Ruan, J., Qian, J., Meng, B., Wang, L., & Guo, S. (2019). Study of flow ripple characteristics in an innovative two-dimensional fuel piston pump. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 41(10), Article 464. https://doi.org/10.1007/s40430-019-1973-7
8. Huang, Y., Ruan, J., Zhang, C., Ding, C., & Li, S. (2020). Research on the mechanical efficiency of high-speed 2D piston pumps. Processes, 8(7), Article 853. https://doi.org/10.3390/pr8070853.
9. Brazhenko, V. (2019). The influence of contaminated hydraulic fluid on the relative volume flow rate and the wear of rubbing parts of the aviation plunger pump. Aviation, 23(2), 43–47. https://doi.org/10.3846/aviation.2019.10299
10. Liu, S., Zhang, Y., Ai, C., Ge, Y., Li, Z., Zhu, Y., & Hao, M. (2023). A new test method for simulating wear failure of hydraulic pump slipper pair under high-speed and high-pressure conditions. Frontiers in Energy Research, 10, Article 1096633. https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.1096633
11. Zhang, Q., Fu, Y., Yuan, Z., & Song, Z. (2012). Multi-medium running induced piston pump erosion. Science & Technology Review, 30(6), 44–48.
12. Fu, Y., Ma, J., Fu, J., Chao, Q., & Wang, Y. (2021). Review of cylinder block/valve plate interface in axial piston pumps: Theoretical models, experimental investigations, and optimal design. Chinese Journal of Aeronautics, 34(1), 111–134. https://doi.org/10.1016/j.cja.2020.09.030
13. Jia, H., Zhou, Z., Yin, B., Zhou, H., & Xu, B. (2021). Influence of microdimple on lubrication performance of textured plunger pump. Industrial Lubrication and Tribology, 73(4), 563–571. https://doi.org/10.1108/ILT-07-2020-0259
14. Zhu, Y., Li, G., Wang, R., Tang, S., Su, H., & Cao, K. (2021). Intelligent fault diagnosis of hydraulic piston pump based on wavelet analysis and improved AlexNet. Sensors, 21(2), Article 549. https://doi.org/10.3390/s21020549
15. Wang, Z., Hu, S., Ji, H., Wang, Z., & Liu, X. (2018). Analysis of lubricating characteristics of valve plate pair of a piston pump. Tribology International, 126, 49–64. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2018.05.008
16. Ivanović, L., Stojanović, B., Blagojević, J., Bogdanović, G., & Marinković, A. (2017). Analysis of the flow rate and the volumetric efficiency of the trochoidal pump by application of Taguchi method. Tehnički Vjesnik, 24(3), 731–737. https://doi.org/10.17559/TV-20150429090420
17. Saheban Alahadi, M. J., Shirneshan, A., & Kolahdoozan, M. (2017). Experimental investigation of the effect of grooves cut over the piston surface on the volumetric efficiency of a radial hydraulic piston pump. International Journal of Fluid Power, 18(3), 181–187. https://doi.org/10.1080/14399776.2017.1337440
18. Tang, H. S., Li, J., & Yin, Y. (2017). Power loss characteristics of slipper/swash plate pair in axial piston pump. Journal of Central South University (Science and Technology), 48(2), 361–370. https://doi.org/10.11817/j.issn.1672-7207.2017.02.014
19. Rundo, M. (2017). Models for flow rate simulation in gear pumps: A review. Energies, 10(9), Article 1261. https://doi.org/10.3390/en10091261
20. Frosina, E., Senatore, A., & Rigosi, M. (2017). Study of a high-pressure external gear pump with a computational fluid dynamic modeling approach. Energies, 10(8), Article 1113. https://doi.org/10.3390/en10081113
21. Toet, G., Johnson, J., Montague, J., Torres, K., & Garcia-Bravo, J. (2019). The determination of the theoretical stroke volume of hydrostatic positive displacement pumps and motors from volumetric measurements. Energies, 12(3), Article 415. https://doi.org/10.3390/en12030415
22. Wu, Q., Xu, Y., Wang, X., Wang, T., & Zhang, S. (2012). Volume fracturing technology of unconventional reservoirs: Connotation, design optimization and implementation. Petroleum Exploration and Development, 39(3), 377–384. https://doi.org/10.1016/S1876-3804(12)60054-8
23. Economides, M. J., & Martin, T. (2007). Modern fracturing: Enhancing natural gas production. Energy Tribune Publishing.
24. Wang, Y. L., & Wang, X. Y. (2012). Progress and application of hydraulic fracturing technology in unconventional reservoir. Acta Petrolei Sinica, 33(S1), 149–158. https://doi.org/10.7623/syxb2012S1018.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Нафтогазова енергетика
TЦя робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
.png)
1.png){kind=logo}
