液压驱动压裂泵大功率散热器设计与分析

　　液压驱动压裂泵大功率散热器设计与分析张澜，梁政（西南石油大学机电工程学院，成都610500）车的车台尺寸与质量，需要研究提高散热效率的方法与技术，以减小散热器的体积与质量。针对一种液压驱动大功率压裂泵的总体设计，研究用于液压油的大功率散热器的优选设计，在满足体积小、结构布局合理、且充分考虑实际工况的前提下，分别对翅片间距、管心距、翅片高和翅片厚度等管束结构参数，以及干式空冷、湿式空冷和分段散热等不同散热方式进行优选设计，得到满足该液压驱动大功率压裂泵液压油散热和车台总体尺寸要求的散热器结构。

　　基金项目：四川省科技创新苗子工程资助项目（014-025）低渗透油气藏开发中，常采用压裂技术以提高单井产量；而对于页岩气、页岩油、煤层气等非常规油气资源的开采，更离不开压裂技术。压裂车是压裂施工的主要设备，属于油气田特种车辆设备，其主要作用是向油气层注入高压大排量压裂液，从而压开油气层，以提高油气层的渗透率和油气井产量。

　　为保证压裂设备的正常工作，压裂泵车上均安装有散热器，将压裂设备产生的热量散发到环境中，以维持其工作温度的稳定。由于页岩气开发等工程的需要，要求压裂设备的配置功率不断增加，“千方砂、万方液”的压裂规模已成常态。由于压裂作业井场设备布局十分拥挤，急需尽量减少压裂车辆台数，就必然要求提高单台压裂车的功率，目前单台压裂车功率已经达到2425.54410.0kW.随着压裂车功率提高，其散热量也增大，为满足散热要求，需增大散热器体积，但体积过大又会影响其他设备的布局，亦不满足国家对移动车辆的规范要求。因此，需要研发一种高效的散热器，使其即能满足散热要求，又能合理布局在压裂车上。

　　目前在压裂车整机设计中，主要考虑发动机、传动箱、压裂泵以及底盘的选型、匹配与布置，很少涉及散热器的设计。压裂泵的研究则主要针对整体结构和动力端的设计，以提高使用功率和可靠性。对于压裂车散热器的研究主要针对冷却水、燃油和液压油的共同散热，且功率不大。液压油散热器的研究主要在普通工程机械领域，如叉车、装载机等，其结构布局与压裂车有较大的不同，且散热量较小。为设计一种用于压裂车的大功率液压油散热器，本文以一种液压驱动压裂泵车的总体设计参数为依据，对液压油散热器进行优选设计，使之在满足大功率散热要求的同时，使其结构尺寸尽可能小，这样可以合理地布局在车台上。

　　1总体方案设计压裂车工作环境不稳定，无法保证水冷散热的水源，且水冷散热器二次冷却设备体积较大，决定采用鼓风式空冷散热器，将散热器布置在车台第2层上，以保证足够的安装空间。总体结构方案如所示。散热器采用多管程结构，为保证其未工作时排尽液压油，设计为入口在上，出口在下。管束作为散热的主要元件，在上方安装百叶窗对其进行保护。风机在管束下方驱动空气强制散热，由于系统对液压油散热，采用液压马达驱动风机。

　　散热器结构方案；AT为有效传热温差，°C.长度上的外表面积，m2/m；A2为基管单位长度上的翅片表面积，m2/m.由与体积关系曲线12.5mm时，散热器体积小。管心距的变化将直接影响散热器尺寸大小，而翅片高的变化会通过改变管外传热系数间接改变散热器大小，二者变化的影响趋势正好相反，因此需要通过计算确定其较优组合。3.2.3翅片厚度保持优选参数不变，讨论翅片厚度变化的影响。

　　由于翅片厚度变化时总宽和总高均不变，则只需比较管长。由计算可得：翅片厚0.4mm时，管长6.484瓜；翅片厚0.5瓜瓜时，管长6.458瓜。由此可知，翅片厚度为0.5mm时散热器尺寸小。翅片厚度的变化直接影响翅片效率的值，从而间接影响管外传热系数和整体大小。

　　淑式（4m）十式（6m）艰式（6m）空冷类型（管长）干湿式比较3.3散热方式选择除管束结构外，不同散热方式对散热效果也有显著的影响。根据总体设计，主要对干式和湿式空冷方案进行比较，并结合实际工况选择。其次对均匀散热和分段散热进行比较。

　　彭平生，刘灼。大型压裂泵车底盘选型与整机设计。

　　钟功祥，梁政。HQ1400型压裂泵动力端分析与设计王峻乔，吴汉川。车载2500型压裂泵车风扇冷却系统于海军。种新型压裂车冷却系统的设计与维护技术郝国强，丁秀爱，刘淑强，等。液压油散热器在装载机上的应用和设计改进。工程机械，2006，37（12）：10-13.赖周平，张荣克。空气冷却器。北京：中国石化出版张学学，李桂馥，史琳。热工基础。北京：高等教育出版社，2006.朱跃钊，廖传华，史勇春。传热过程与设备。北京：中国石化出版社，2008. GB151―1999，管壳式换热器。

　　12管束参数优选根据已知条件，对相关参数进行优选。考虑到优选参数的复杂性，运用控制变量法和正交试验设计的基本思想，通过比较管长或体积的大小，进行管束优选设计7―11.具体是先确定一个因素为变量，其他因素固定不变，通过计算比较确定该因素的较优值后，保持该值不变，选取下一个因素，用同样的