三螺杆泵螺杆与衬套最优间隙的理论研究

三螺杆泵螺杆与衬套的间隙值是决定泵工作性能的重要因素,为了合理确定螺杆与衬套的间隙,以标准135型三螺杆泵为研究对象,分析了螺杆与衬套间隙内的流体状态,主要存在剪切流和一般库埃特流。根据平行平板缝隙流理论,建立回流介质经过一个完整密封腔所造成的包括泄漏损失和粘性摩擦损失的总功率损失为目标函数,通过求取最小值,得到特定工况下确定三螺杆泵螺杆与衬套最优间隙的理论公式。结果表明,最优间隙主要与工作压力、转速和介质粘度有关,研究结果将对三螺杆泵设计提供重要参考依据。     

稠油开采中常规螺杆泵定子衬套磨损研究

为研究稠油开采中常规螺杆泵定子衬套的接触磨损,通过摩擦试验研究在不同转速和载荷下,定子衬套所用丁腈橡胶在高温含砂稠油中摩擦因数的变化规律。实验结果表明:定子橡胶的摩擦因数随着转数的增加先增大后减小,之后几乎保持不变;随着法向载荷的增大,定子橡胶的摩擦因数先减小后增大。以试验测得的摩擦因数为依据,利用有限元分析方法,对高温含砂稠油中螺杆泵定转子之间的接触进行分析,研究摩擦因数、过盈量、工作压差等因素对定子衬套接触磨损的影响。分析结果表明:衬套的剪应变随着衬套摩擦因数、过盈量、工作压差的增大而增大;位移量随着摩擦因数的增大而减小,随着过盈量的增大而增大;工作压差不但影响定子衬套内轮廓接触位置的磨损,还加剧衬套外壁面的黏着磨损。     

热固耦合下三螺杆泵转子的结构特性研究

三螺杆泵在工作中产生的高温流体会导致螺杆转子产生形变,针对这一问题,对不同工况下螺杆转子的变形和应力进行了研究。基于有限体积法数值求解了N-S方程,得到了螺杆泵的温度场,通过对比模拟数据与实验数据确保了流场求解的准确性;采用了CFD/CSD耦合求解技术,将温度场数值插值到转子的结构网格上,以作为转子热分析的外载荷,进而通过求解螺杆转子结构的静平衡方程得到了转子的位移场和应力场;最后分析了螺杆泵产生的温度场对螺杆转子变形和应力的影响规律。研究结果表明:螺杆泵出口位置温度较大,进口位置温度较低;随出口压力的增大,主从螺杆转子的最大变形和最大应力都逐渐增大;从螺杆泵的进口到出口,随着转子轴向长度的增加,主从动转子的变形逐渐增大。     

基于Pumplinx的螺杆泵性能优化仿真研究

为了得到螺杆泵转子直径与定子导程对泵性能的影响规律,基于Pumplinx软件对橡胶定子单头单螺杆泵进行非稳态数值计算求解,在此基础上探究了不同压差条件下无量纲参数T/D对螺杆泵流量、水力效率以及轴向力的影响进行分析并基于此进行性能优化。结果显示,随着T/D的增大,泵流量增加,轴向力基本保持不变,而水力效率先增大后减小,其最优值出现在T/D=4.5时;螺杆泵定子转子啮合区域的泄漏较为明显,且随着T/D的增大泄漏量增多。因此为了得到更高的效率,T/D宜优化至4.5;为了得到更大流量的同时不牺牲效率,T/D宜优化至5.4。此外,数值计算与试验结果较为一致,偏差不超过3.5%,表明该螺杆泵仿真方法具有参考价值。     

锥形间隙对袋型阻尼密封气流力影响机制研究

为探讨锥形间隙对袋型阻尼密封气流力的影响,建立锥形间隙袋型阻尼密封数值求解模型,研究进出口压比、偏心率、转速及锥形度对袋型阻尼密封气流力的影响;设计密封气流力实验台,分析在不同进出口压比及偏心率下锥形间隙袋型阻尼密封气流力的大小;通过密封压力分布规律揭示锥形间隙对袋型阻尼密封气流力的影响机制。研究结果表明:随着进出口压比,偏心率的增大,密封周向楔形间隙内流体动压效应增强,收敛间隙袋型阻尼密封与等间隙袋型阻尼密封的径向气流力增大,发散间隙袋型阻尼密封径向气流力绝对值增大。当转速为0时,密封切向气流力为0,随着转速的提高,密封的切向气流力逐渐增大,密封间隙内气流的周向流动是形成切向气流力的主要原因。收敛间隙袋型阻尼密封沿气流流动方向,密封径向间隙不断减小,气体的聚集使得密封腔中压力升高,径向压差增大,从而产生较大的径向气流力。     

三螺杆泵的流固耦合特性分析

目前对三螺杆泵的研究趋向于高速、高压、大流量,提高三螺杆泵工作效率的关键是严格控制螺杆变形及间隙以减少泵内泄漏。以三螺杆泵为研究对象,通过泵内流场和螺杆的结构分析,将两者进行耦合得到不同工况下螺杆的变形和应力分布规律。通过分析在耦合作用下的螺杆变形结果可见:主、从动螺杆的啮合间隙大小是影响三螺杆泵容积效率的关键因素之一,适当调整主、从动螺杆的间隙,可避免螺杆之间磨损加剧甚至抱死现象。对比扭矩和流体压力单独作用下以及二者流固耦合作用下的螺杆变形和应力变化发现:流固耦合作用下的螺杆变形和应力与转速呈反比关系,而与功率和输出压力呈正比关系。     

高温含砂原油中等壁厚螺杆泵定子衬套磨损分析

为研究高温采油工况下螺杆泵定子衬套的磨损情况,将定子橡胶在高温含砂原油中进行摩擦学试验,测出橡胶的摩擦因数。运用有限元分析方法,对螺杆泵等壁厚定子橡胶衬套进行接触非线性计算,研究工作压差、过盈量以及摩擦因数等多因素对定子衬套磨损的影响。分析结果表明：在工作温度60℃、压差0.5MPa的工况下,橡胶衬套最大等效应力和等效应变出现在定子衬套外侧,最大等效应力和等效应变随着过盈量和摩擦因数的增大而增大,摩擦因数对定子橡胶衬套的磨损影响相对较小,选择合适的过盈量有助于减小磨损,提高效率。     

涡旋压缩机齿端面密封条的力载荷分布规律的研究

通过涡旋齿端面槽内安装密封机构,可以有效降低涡旋齿端面轴向间隙的泄漏。根据密封机构的工作原理,对涡旋齿内密封条进行了受力分析,详细阐述了重力和压差力载荷计算的理论依据,进一步深入研究了密封条所受力载荷的大小及分布规律。计算结果表明,压差力是密封条的最重要力载荷,是保证齿端面密封的关键作用力;沿渐开线展开角方向呈现间断式分布规律,气体压缩过程中压差力逐渐增大,使轴向间隙减小而不易产生泄漏,吸气、排气过程压差力逐渐降低,使轴向间隙增加而易产生泄漏,这将为密封机构的设计与计算提供了理论依据。     

螺杆泵漏失机理研究

讨论了腔室内压力、压差和液压作用对螺杆泵橡胶衬套的影响,提出一种新的解释螺杆泵漏失的机理。结果表明:腔室内压力会使橡胶衬套产生压缩变形,导致漏失;压差会使橡胶从高压区向低压区挤动,在一定范围内,反而增强了密封性能;腔室液压力对转子产生的力和力矩会导致转子产生一定的偏移,这也会间接产生橡胶衬套的变形,从而导致漏失。螺杆泵是在上述三者的共同作用下产生漏失的。同时提出一种改进方法,还比较了等壁厚螺杆泵和常规螺杆泵的密封性能。     

非对称并行结构螺杆泵采油系统参数配置方法研究

非对称并行结构螺杆泵采油系统,可以从根本解决推力球轴承限径、承载能力过小以及寿命短的问题。但是,目前非对称反旋向并行结构螺杆泵采油系统只有概念模型结构,尚未有人对双泵的参数配置方法进行研究。为此,提出了一种新型井下非对称反旋向并行结构电机驱动螺杆泵采油系统。首先,基于“等寿命”理念开展了双螺杆泵的参数配置方法研究,给出了双泵匹配需要满足的约束条件,建立了易失效部件的受力分析模型,根据力平衡原理给出了部件之间的受力关系,分析了单螺杆泵转子所受轴向力和工作扭矩;然后,依据等寿命准则(推力球轴承与万向联轴器的疲劳使用寿命趋于相等),确定了推力球轴承所受轴向压力与联轴器所受拉力之间的比值关系,给出了上下两螺杆泵之间所受轴向力之比;最后,确定了定子橡胶寿命为一年及泵端压差12 MPa条件下,双泵参数匹配方案,对所选方案进行了寿命和排量对比分析,分析了不同泵端压差对下螺旋杆泵极限排量的影响。研究结果表明：针对特定推力球轴承和十字联轴节,下螺杆泵与上螺杆泵之间所受轴向力之比为1.41∶1;螺杆泵定子橡胶寿命一定,双泵的排量相比于单螺杆泵有了很大的提升,平均增长率在50%左右。     

综合传动装置胀圈密封轴槽间隙设计方法

研究一种基于理论计算与CFD仿真的胀圈密封环轴槽间隙尺寸设计方法。基于流体力学的基本方程,建立胀圈密封流场的数学模型;结合实际工况与使用要求,确定胀圈密封环与轴槽径向间隙、轴向间隙及配流衬套与旋转轴之间的间隙尺寸的约束范围;建立流场的计算流体力学模型,通过正交试验设计,分析影响胀圈密封性能的高灵敏度因素;以密封泄漏量最小为目标函数,选取最佳的轴槽间隙设计参数。结果表明,研究的3种间隙中,相比于胀圈密封环与轴槽的径向间隙、轴向间隙,配流衬套与旋转轴之间的间隙对密封环的泄漏量影响更为显著,当配流衬套与旋转轴之间的间隙增大,泄漏量也随之增大。     

三螺杆泵衬套高温蠕变特性的研究及改进方案

针对本公司三螺杆泵系列产品在运输时,例如沥青,高温油液等高温介质时,衬套随着工作时间的增长容易发生变形甚至破坏的问题,通过实验及仿真模拟的方法,确定了衬套材料高温蠕变的参数,推导了其相应的高温蠕变本构方程,改进了衬套的结构,为解决三螺杆运输高温液体的问题奠定了一定基础。     

叶轮背叶片与盖板的间隙对平衡轴向力的影响

选用带有背叶片结构的IH100-65-250化工离心泵为计算模型,利用SolidWorks对五种不同背叶片与盖板间隙δ的三维实体进行分组建模,基于RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对离心泵的轴向力和水力性能进行数值模拟。数值模拟所得到的F-δ曲线与试验结果吻合较好,验证了计算方法的准确性。研究表明:背叶片与盖板的间隙大小对离心泵的轴向力和水力性能有一定的影响,随着间隙的增大,效率和扬程都降低,轴向力先减小后增大;间隙过小时,离心泵内会产生与原方向相反的轴向力;为了使离心泵能够获得最佳的轴向力和水力性能,背叶片端部与盖板的间隙δ的合理取值范围为(0.8¹.2)mm。     

螺杆泵斜-平面固定瓦推力轴承润滑特性分析

为了提升润滑油系统可靠性,避免轴承磨损,采用CFD分析螺杆泵斜-平面固定瓦推力轴承的润滑特性。计算该螺杆泵螺杆轴向力,得到油膜承载力数值范围;采用有限差分法得到油膜压力分布与厚度分布,采用有限体积法仿真分析不同油膜厚度、不同进油温度时轴承的压力场。仿真结果表明：温度通过影响润滑油黏度对轴承压载产生影响,当油膜厚度固定时,进油温度越低,润滑油黏度越大,轴承所受压载越大;当进油温度一定时,油膜厚度降低,则承载能力增加。因此,在低温启动滑油泵时,油膜由薄变厚平衡螺杆轴向力的过程中,轴承压载可能会超过许用压载,从而导致轴承磨损。     

某过程工业用离心压缩机模型级轴向推力测量研究

以某小流量系数离心压缩机模型级为研究对象,测量了模型级叶轮盖侧以及盘侧间隙的静压分布以及叶轮的轴向推力。测量结果表明:叶轮盘侧间隙与盖侧间隙静压分布沿半径增大的方向基本呈线性分布;叶轮轴向推力是静态力与动态力的合成,静态力是主要成分,动态力也占有较高比例;叶轮轴向推力基本上随着机器马赫数的增加而增大,主推力基本上随着流量的减小而增大,但到近喘振点时主推力会有所减小。     

多头螺杆定子内螺旋曲面挤压成形有限元分析

传统螺杆泵定子由丁腈橡胶浇铸钢筒而成,衬套内表面为螺旋曲面,所以薄厚不均,影响螺杆泵运行性能及使用寿命。而挤压成形的定子管内表面为螺旋形,可以使用等厚的衬套,且挤压效率远高于切削,因此不但改善了螺杆泵的性能,而且提高了其生产效率和使用寿命。建立六头螺杆定子挤压成形的有限元模型,用有限元分析软件对加工过程进行仿真模拟,得出进给速度、挤压深度对所加工螺杆导程及使用推力的影响,为使用挤压法制造多头螺杆定子提供参考和依据。     

外摆线型单螺杆泵螺杆-衬套副的运动特性分析

通过分析外摆线型单螺杆泵螺杆-衬套副的相对运动,发现螺杆-衬套副的固定接触点出现在衬套骨线上,衬套可采用金属材料,螺杆可在金属基体表面黏接橡胶外套;用瞬心法推导出齿凸接触点和齿凹接触点处相对滑动速度的计算公式,并用MATLAB生成速度曲线,用SolidWorks建立螺杆泵实体模型,用SolidWorks Motion进行运动仿真,对比速度仿真值与速度公式曲线可知,拟合度很高,最大偏差率仅为-0.101%;将速度曲线与啮合状态进行对应,发现齿凹接触点处相对滑动速度的最大值发生在螺杆齿凸中点与衬套齿凹中点相接触处,齿凸接触点处相对滑动速度最大值发生在螺杆齿凸中点与衬套齿凸中点相接触处。     

间隙配合小冠头双线螺栓用衬套压铆研究

小冠头双线螺栓用衬套由于结构较小,在压铆过程中易受多种因素影响.为此针对直径9.8mm,高3mm的小冠头双线螺栓用衬套与壁板沉头孔间隙配合的方式,通过墩头挤压使其衬套根部胀大被固定的方法进行压铆实验,应用Abaqus有限元分析软件,改变小冠头双线螺栓用衬套与壁板沉头孔的间隙量和墩头倾角,对压铆力以及小冠头双线螺栓用衬套变形量进行研究,将模拟结果与实际情况进行比较,结果表明:在一定范围内,压铆力随着间隙量和墩头倾角的减小而增大,适当的增大墩头倾角可有效的增加小冠头双线螺栓用衬套变形量.研究成果可为类似衬套工件的配合提供参考.     

带浮升力垫片的指式封严浮升力特性的数值研究

对带直板式浮升力垫片的指式封严的浮升力特性进行数值分析,探讨转子表面线速度、封严间隙和进出口压差对浮升力垫片下表面的压力分布及浮升力和浮升力系数的影响。研究的封严结构由两层封严片(每层周向有72个指)组成,计算时将包含一个完整的浮升力垫片和其相邻间隙的三维扇区模型作为计算域,并将封严片组处理为多孔介质。研究结果表明:进出口压差越大,浮升力越大;浮升力随封严间隙的增大而减小;转子表面线速度增大,浮升力缓慢增大;浮升力系数随进出口压差的增大而减小;浮升力系数随封严间隙的增大而减小;转子表面线速度增大,浮升力系数减小,封严间隙越小这种趋势越明显。     

间隙宽度对冲击气缸间隙密封性能的影响

对冲击气缸间隙密封的理论分析表明,当冲击气缸的结构尺寸确定时,影响泄漏量的最主要因素为间隙宽度和密封间隙进出口压差。利用FLUENT软件建立机械振打系统冲击气缸间隙密封模型,分析冲击气缸密封间隙进出口压差和间隙宽度对间隙密封泄漏量的影响。结果表明,当缸筒静止时,冲击气缸入口操作压力从0.3 MPa变化到0.5 MPa时对其泄漏量影响不显著,实际工业应用中可以忽略;间隙密封的密封性能主要受间隙宽度控制,其泄漏量随着间隙宽度的增大而增大,但在间隙宽度小于0.03 mm时泄漏量随间隙宽度增加的变化较小,因此冲击气缸的活塞与缸筒之间的间隙密封的间隙宽度应控制在0.03 mm以下。