螺杆钻具马达线型的替代和修正

针对螺杆钻具马达在设计和制造过程中遇到的转定子理论线型打扣和定子橡胶收缩变形问题 ,以普通内摆线等距线型螺杆钻具马达为例 ,从线型理论上进行了分析和研究 ,在保证马达转子 定子副正确啮合的前提下 ,提出了用变距线替代和修正马达转定子线型的新方法 ,该方法比用圆弧法替代和修正马达线型更科学、更方便 ,对优化螺杆钻具马达设计 ,提高马达制造质量和马达工作效率 ,改善马达工作特性具有重要的指导意义。     

螺杆钻具定转子热力耦合行为

针对螺杆钻具定转子啮合热滞后常常引起定子烧心失效这一工程难题,建立了三维螺杆马达定转子动态仿真模型,编写相关计算程序与仿真软件二次开发子程序,利用单向解耦方法,将复杂的动态超弹性材料热力耦合问题分解为形变分析、损耗分析和传热学分析3部分,对影响定子衬套线型及温度分布的相关因素进行热力耦合有限元分析。研究发现,热滞后对定子的温度分布与定子型线位移有较大影响,钻井液压力对定子型线的位移分布影响最大,同时也会加大定子的滞后生热,而过盈量的大小也对定子的滞后生热有着较大影响,当井深达到一定深度时,不适当的过盈量会导致螺杆马达效率降低。研究结果为螺杆钻具在使用过程中常常出现的烧心、效率降低、转速慢等现象提供了理论支撑,同时也为螺杆钻具定转子线型结构优化提供理论依据。     

单螺杆钻具马达线型分析

螺杆钻具的工作特性主要取决于其动力机——单螺杆马达的平面线型和结构尺寸。本文简述了单螺杆钻具马达线型研究中的四个方面的主要内容,提出了构成这种容积式马达的转子和定子应满足的基本条件,阐明了在单螺杆马达理论研究方面的六条主要结论,介绍了一种进行线型研究的一般方法——逆解法。在此基础上,本文列出了利用逆解法所求得的线型分析的部分主要结果:包括短幅外摆线(作转子)等距线型、短幅内摆线(作定子)等距线型、普通内摆线等距线型、普通外摆线线型和内外摆线法线型等五种线型的转子、定子的骨线方程和骨面方程,马达最小长度、过流面积和线型曲率半径等主要几何量的计算公式。另外,本文进一步从理论上讨论了线型参数对螺杆钻具工作特性的影响,提出了在设计线型时选择参数的基本原则。文末给出了六点结论。     

螺杆钻具马达密封性能测试系统研制

在分析螺杆钻具马达特性的基础上，认为当螺杆马达的基本结构参数确定以后，马达定、转子之间的密封性能是影响螺杆钻具实际特性的主要因素。并根据容积式水力机械的可逆性，研制了螺杆马达密封性能测试系统。该系统通过测试马达进出口的压力及循环流量，得出压差与马达内部泄漏流量的关系，进而推算出螺杆钻具的动力性能，为定量评价螺杆钻具的性能及定、转子间的密封状况提供了科学数据。     

螺杆钻具定子橡胶类型与钻具性能分析

分别就螺杆钻具的不同使用工况对其定子橡胶性能的要求，以及目前可用作螺杆钻具定子的橡胶类型进行分析；认为对不同的钻井工况应采用不同种类、不同性质的定子橡胶，从而在不同的钻井工况下，选择使用不同的螺杆钻具，使螺杆钻具性能发挥得更好     

炭黑含量对定子用丁腈橡胶性能的影响

螺杆式水力机械主要由转子和定子组成,工作过程中定子橡胶受金属转子的冲击以及摩擦作用,常出现脱胶、撕裂、胶溶等现象,最终导致工具失效。为此,本文基于干摩擦条件下,研究炭黑份数对丁腈橡胶耐磨性及机械物理性能的影响,分析其磨损机理,为合理选择定子橡胶材料提供重要依据。     

多节螺杆钻具

苏联螺杆钻具的进尺在稳步增长,目前进尺已占钻井总进尺的6%。为了提高螺杆钻具的经济技术效益,他们将磨损到一定程度的转子和定子装配成多节式螺杆钻具继续下井使用,创造了螺杆钻具一种新的使用方法。新的д1—195螺杆钻具的转子和定子橡胶衬套之间是过盈配合,过盈值为0.2～0.4mm,使用中由于转子和定子的磨损,逐渐由过盈配合发展到出现间隙,间隙大到一定程度,螺杆钻具的扭矩和转速显然降低,使其不能继续使用,用过的д1—195螺杆钻具的间隙值可达0.8mm。     

单头单螺杆水力机械共轭线型分析

利用平面啮合理论的齿廓法线法研究了单头单螺杆水力机械螺杆－衬套副的共轭线型特征，并对其几何曲率、啮合线形状和滑动系数等基本特性进行了分析。认为单头单螺杆截面线型是一个偏心距为RG、半径为R的圆，与之共轭的衬套截面线型是由两个半径为R、圆心距为4RG的半圆和两条相距为2R的平行线所组成的光滑封闭曲线。单头单螺杆与衬套共轭线型相互啮合时的啮合线，是一个半径为等距圆半径R的圆，啮合圆圆心位置是变化的。     

螺杆钻具和多头单螺杆马达的基本原理

本文介绍了螺杆钻具的工作原理及分类方法,分析了容积式液马达转子与定子必须满足的条件,并对转子轴向力、马达最小长度和万向轴内交变应力循环频率的计算进行了探讨。在对螺杆钻具的实际特性进行一系列研究的基础上,文章还提出了“负載效率”这个概念,并给出一组换算关系式。本文所推导的计算公式适用于任何线型的i=N/(N+1)的单螺杆马达和螺杆钻具。     

双螺杆泵转子型线啮合特性分析

提出了双螺杆泵转子型线的设计原则,得到了新型螺杆转子原始型线方程,利用包络原理推导得出共轭型线方程及共轭型线与原始型线的啮合对应关系。用新型线设计的双螺杆转子,啮合线封闭,接触线连续,能够形成密封的工作基元,因此新型线能够用于井下螺杆泵转子的造型设计。通过对转子啮合特性的分析,得到了螺杆转子螺旋齿面方程、瞬时空间接触线方程的求解方法,为下一步双螺杆泵的力学分析和间隙设计奠定了基础。     

螺杆马达定转子共轭线形的优化设计模型研究

应用齿轮啮合理论，建立了螺杆马达定子与转子工作副的通用共轭线形方程。针对内啮合传动的基本特点，构造了螺杆马达共轭线形优化的模型。选用三次样务函数作为转子齿顶廓形的拟合曲线，进行数值分析求解，得到了离散的定子与转子的共轭线形。文章将螺杆马达共轭线形由传统的以简单函数为基础寻找解析解的方法，扩展到了以数值分析为基础寻找数值优化解的范围。     

炭黑填充橡胶复合材料定子衬套力学特性分析

传统的螺杆马达定子橡胶衬套在使用过程中容易出现失效、老化等现象,很大程度上缩短了螺杆马达的使用寿命。提出采用炭黑颗粒增强橡胶复合材料作为螺杆马达定子衬套的材料,提升其工作性能。选择恰当的代表体积单元(RVE)为对象,基于高精度通用单胞模型(HFGMC)建立炭黑颗粒填充橡胶复合材料三维细观力学模型,对炭黑颗粒增强橡胶复合材料的弹性常数进行求解。将所求得结果导入ANSYS中进行仿真分析,获得炭黑颗粒填充橡胶复合材料的螺杆马达定子衬套在工作压力下的受力情况。仿真结果证明:使用炭黑颗粒填充橡胶制造定子衬套,可以减小应力和变形,提高螺杆马达的使用寿命。     

螺杆泵转子磨损机理研究及解决方案

对螺杆泵定、转子的运动规律和橡胶衬套的溶胀、热膨胀现象进行了分析。研究表明,螺杆泵转子与定子在衬套直线段中点接触时的相对滑动速度最大;定子橡胶衬套型线在直线段为内凸状,且在直线段中点内凸最大,刚性转子在该点挤压橡胶衬套的接触应力最大;由于滑动速度和接触应力最大,且都是在橡胶衬套直线段中点接触,因此在转子上会形成一条螺旋形的磨损线,导致转子表面的镀层脱落。提出了4种减小螺杆泵转子磨损的方法。     

气体螺杆钻具输出性能研究

气体螺杆钻具作为气体钻定向井和水平井的新型井下动力钻具,在使用过程中常常遇到启动难、扭矩不足等问题。输出性能的分析对其结构参数和钻井参数的选择有着重要的作用,应该考虑井下压力对气体螺杆钻具输出性能的影响。文中将气体螺杆简化为一个环形圆筒的等效模型,求出其当量直径,并结合一维可压缩流体的流动特性,求得井下螺杆的压降,进一步得到螺杆转速、扭矩等输出特性。研究结果为提高气体钻井中螺杆钻具的工作效率提供了理论依据。     

基于三坐标测量机的涡轮钻具叶型测量与分析

涡轮钻具的核心部件为定转子,在定转子逆向工程研究和定转子精度检验中,均需测量定转子的叶片叶型。但是,目前还没有具有一定精度的相关测量方法。通过分析涡轮钻具定转子的结构特点,提出采用接触测量方式测量叶片叶型,以平均水力半径为切割路径去掉叶片叶冠而获得叶型,给出了测量叶型吸力面和压力面型线的方法。在获得测量数据点坐标的基础上,结合流体流动的要求,提出以点分组控制三次曲线的方法拟合被测叶片型线。利用该方法,测量了φ127.0 mm涡轮钻具某型转子的叶片叶型,获取了被测叶型上196点的坐标值,并根据测点坐标值计算得到了叶片型线。实例证明,提出的方法可行,精度基本可以达到要求,可为涡轮钻具定转子叶片的测量检验或逆向工程设计提供技术参考。      

单螺杆马达的普遍线型

单螺杆马达的线型不限于摆线,给定任意曲线都可以构成线型.转子曲线和定子曲线均可分为齿顶和齿根,在这四段曲线中只有一段是独立的,对其中的任一段给定任意曲线,只要离原点足够远,用包络法求出其余三段,这样得出的曲线必定满足线型条件,无需逐一证明.过去已知的摆线线型仅为本文的特例.     

基于田口法的潜油电机槽型优化研究

潜油电机作为潜油电泵机组的重要组成部分,其性能指标尤为重要。由于潜油电机细长的结构特征,导致在槽型设计方面不同于普通的异步电动机。 基于田口法,在保证潜油电机定转子外形尺寸、温升条件、机械强度不变的情况下,通过确定6个槽型优化因子(定子斜肩角、定子槽高、定子槽宽、转子斜肩角、转子槽高和转子槽宽)与4个优化目标(电机效率、功率因数、最大转矩倍数及启动转矩倍数),建立潜油电机槽型优化目标正交矩阵,降低了仿真次数。借助于有限元法与电磁设计相结合的场路分析方法,得出不同设计方案的性能指标。通过统计学方法确定各优化因子对优化目标的影响关系和影响程度,确定最终优化方案。最后,以143系列210 kW的潜油电机为例,对其槽型进行优化设计,验证该方法的可行性。     

关于单螺杆水力机械的某些理论问题

本文论述的单螺杆水力机械基本技术理论问题包括:定子转子理论啮合状况的特征及其在运转过程的变化规律,单螺杆工作付压降分配及产生压降脉动的原因,在不考虑液体介质流动的沿程阻力和机械摩阻等因素时的单螺杆工作付的液体势能与机械能的相互转换问题及平均扭矩表达式问题,偏斜力矩的产生原因及表达式问题,作用于转子的力的分析.     

双头单螺杆泵定转子啮合转动仿真研究

为了提高双头单螺杆泵的工作效率和使用寿命,研究了结构参数对其工作效率及使用寿命的影响。基于橡胶Mooney-Rivlin双参数模型理论,考虑橡胶衬套材料具有非线性变形特性、内压及转子惯性对橡胶衬套的作用,建立了双头单螺杆泵一个导程的定转子三维啮合模型,分析了过盈量、偏心距对螺杆泵定子衬套应力和摩擦阻力矩的影响。数值模拟结果显示,偏心距选择7.5 mm时,过盈量由0.2 mm增加到0.6 mm,螺杆泵摩擦阻力矩从88.52 N·m增大到466.51 N·m,衬套应力峰值由1.4 MPa增加到1.8 MPa;而过盈量取0.4 mm时,偏心距由7.3 mm增大到7.5 mm,摩擦阻力矩从240.00 N·m仅增加到264.77 N·m,衬套应力峰值由1.28 MPa增加到1.62 MPa。这表明,合理搭配过盈量和偏心距可以提高螺杆泵的工作效率和使用寿命,为螺杆泵设计及结构参数优化提供了理论依据。