液壓驅動壓裂泵大功率散熱器設計與分析

時間:2017-10-30 9:20:00 來源:中國散熱器網 添加人:admin

  液壓驅動壓裂泵大功率散熱器設計與分析張瀾,梁政(西南石油大學機電工程學院,成都610500)車的車臺尺寸與質量,需要研究提高散熱效率的方法與技術,以減小散熱器的體積與質量。針對一種液壓驅動大功率壓裂泵的總體設計,研究用于液壓油的大功率散熱器的優選設計,在滿足體積最小、結構布局合理、且充分考慮實際工況的前提下,分別對翅片間距、管心距、翅片高和翅片厚度等管束結構參數,以及干式空冷、濕式空冷和分段散熱等不同散熱方式進行優選設計,得到滿足該液壓驅動大功率壓裂泵液壓油散熱和車臺總體尺寸要求的散熱器結構。

  基金項目:四川省科技創新苗子工程資助項目(014-025)低滲透油氣藏開發中,常采用壓裂技術以提高單井產量;而對于頁巖氣、頁巖油、煤層氣等非常規油氣資源的開采,更離不開壓裂技術。壓裂車是壓裂施工的主要設備,屬于油氣田特種車輛設備,其主要作用是向油氣層注入高壓大排量壓裂液,從而壓開油氣層,以提高油氣層的滲透率和油氣井產量。

  為保證壓裂設備的正常工作,壓裂泵車上均安裝有散熱器,將壓裂設備產生的熱量散發到環境中,以維持其工作溫度的穩定。由于頁巖氣開發等工程的需要,要求壓裂設備的配置功率不斷增加,“千方砂、萬方液”的壓裂規模已成常態。由于壓裂作業井場設備布局十分擁擠,急需盡量減少壓裂車輛臺數,就必然要求提高單臺壓裂車的功率,目前單臺壓裂車功率已經達到2425.54410.0kW.隨著壓裂車功率提高,其散熱量也增大,為滿足散熱要求,需增大散熱器體積,但體積過大又會影響其他設備的布局,亦不滿足國家對移動車輛的規范要求。因此,需要研發一種高效的散熱器,使其即能滿足散熱要求,又能合理布局在壓裂車上。

  目前在壓裂車整機設計中,主要考慮發動機、傳動箱、壓裂泵以及底盤的選型、匹配與布置,很少涉及散熱器的設計。壓裂泵的研究則主要針對整體結構和動力端的設計,以提高使用功率和可靠性。對于壓裂車散熱器的研究主要針對冷卻水、燃油和液壓油的共同散熱,且功率不大。液壓油散熱器的研究主要在普通工程機械領域,如叉車、裝載機等,其結構布局與壓裂車有較大的不同,且散熱量較小。為設計一種用于壓裂車的大功率液壓油散熱器,本文以一種液壓驅動壓裂泵車的總體設計參數為依據,對液壓油散熱器進行優選設計,使之在滿足大功率散熱要求的同時,使其結構尺寸盡可能小,這樣可以合理地布局在車臺上。

  1總體方案設計壓裂車工作環境不穩定,無法保證水冷散熱的水源,且水冷散熱器二次冷卻設備體積較大,決定采用鼓風式空冷散熱器,將散熱器布置在車臺第2層上,以保證足夠的安裝空間。總體結構方案如所示。散熱器采用多管程結構,為保證其未工作時排盡液壓油,設計為入口在上,出口在下。管束作為散熱的主要元件,在上方安裝百葉窗對其進行保護。風機在管束下方驅動空氣強制散熱,由于系統對液壓油散熱,采用液壓馬達驅動風機。

  散熱器結構方案;AT為有效傳熱溫差,°C.長度上的外表面積,m2/m;A2為基管單位長度上的翅片表面積,m2/m.由與體積關系曲線12.5mm時,散熱器體積最小。管心距的變化將直接影響散熱器尺寸大小,而翅片高的變化會通過改變管外傳熱系數間接改變散熱器大小,二者變化的影響趨勢正好相反,因此需要通過計算確定其較優組合。3.2.3翅片厚度保持優選參數不變,討論翅片厚度變化的影響。

  由于翅片厚度變化時總寬和總高均不變,則只需比較管長。由計算可得:翅片厚0.4mm時,管長6.484瓜;翅片厚0.5瓜瓜時,管長6.458瓜。由此可知,翅片厚度為0.5mm時散熱器尺寸最小。翅片厚度的變化直接影響翅片效率的值,從而間接影響管外傳熱系數和整體大小。

  淑式(4m)十式(6m)艱式(6m)空冷類型(管長)干濕式比較3.3散熱方式選擇除管束結構外,不同散熱方式對散熱效果也有顯著的影響。根據總體設計,主要對干式和濕式空冷方案進行比較,并結合實際工況選擇。其次對均勻散熱和分段散熱進行比較。

  彭平生,劉灼。大型壓裂泵車底盤選型與整機設計。

  鐘功祥,梁政。HQ1400型壓裂泵動力端分析與設計王峻喬,吳漢川。車載2500型壓裂泵車風扇冷卻系統于海軍。種新型壓裂車冷卻系統的設計與維護技術郝國強,丁秀愛,劉淑強,等。液壓油散熱器在裝載機上的應用和設計改進。工程機械,2006,37(12):10-13.賴周平,張榮克。空氣冷卻器。北京:中國石化出版張學學,李桂馥,史琳。熱工基礎。北京:高等教育出版社,2006.朱躍釗,廖傳華,史勇春。傳熱過程與設備。北京:中國石化出版社,2008. GB151―1999,管殼式換熱器。

  12管束參數優選根據已知條件,對相關參數進行優選。考慮到優選參數的復雜性,運用控制變量法和正交試驗設計的基本思想,通過比較管長或體積的大小,進行管束優選設計7―11.具體是先確定一個因素為變量,其他因素固定不變,通過計算比較確定該因素的較優值后,保持該值不變,選取下一個因素,用同樣的

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