采油螺杆泵转子轴截面截取方法研究

分析螺杆泵转子建模原理,推导出采油螺杆泵转子纵截面的数学方程。应用测量机对液压马达转子的纵截面进行测量,对比理论方程计算的曲线,实验表明,拟合测量点与理论方程计算曲线在允许的误差范围之内,验证了这种截取方法有效性。该截取方法为螺杆的设计制造提供了理论基础,并对采油螺杆泵转子的再制造有着重要意义。     

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。     

基于摩擦学系统理论的采油螺杆泵定子橡胶磨损分析

定子橡胶在原油介质下的减摩耐磨特性是衡量采油螺杆泵的主要技术指标之一。采油螺杆泵的运行环境复杂,影响其定子橡胶磨损的因素较多,属于典型的非线性系统问题。基于摩擦学系统理论,以橡胶定子、金属转子、石油介质、螺杆泵机械结构为主要元素,构建出采油螺杆泵的摩擦学系统框架;列出各元素特性,分析各元素之间的相互联系,并提出求解方法;对螺杆泵定子橡胶材料去除的摩擦学机制进行归纳,并初步讨论摩擦学机制与该摩擦学系统的关系。     

基于ANN的ESPCP系统转子转速调控技术研究

分析了潜油螺杆泵采油系统转速的主要影响因素.计算出螺杆泵理论排量并采集其输入端的压力、温度和井口压力、流量作为原始输入,通过二级神经网络,确定螺杆泵转速与其主要影响因素之间的非线性映射关系.基于ANN的转子转速在线调控系统不仅有效地减少衬套的磨损,增加螺杆泵使用寿命,而且能够获得稳定且较高的工作效率,提高了控制的灵活性和准确性.     

基于改进BP神经网络的螺杆泵转速预置模型研究

在螺杆泵的采油过程中,因受到多方面因素的影响,而不能对转子的转速进行准确、实时的调整,为了解决这一问题,提出了一种基于改进BP神经网络的螺杆泵转速预置模型。首先,利用基于L-M算法的BP神经网络方法,预测了螺杆泵当前条件下的最优转速;然后,将所预测的螺杆泵最优转速传递给转速调整模块;最后,通过PID控制调节电机转速,构成了转速预置模型,该模型可以根据实时测得的原油温度、原油黏度、泵端压差、容积效率等数据来预置该条件下螺杆泵的最优转速。仿真实验结果表明:该模型对螺杆泵各工况下的最优转速预测平均相对误差为0.96%。研究结果表明:该模型对螺杆泵转速实时预置具有较好的效果,可为潜油螺杆泵采油系统中转速的实时调整打下基础,有利于提高螺杆泵的使用效率和经济使用寿命。     

2Z-V型电动潜油螺杆泵采油系统用行星减速器优化设计

电动潜油螺杆泵采油系统(ESPCPS)的设计关键是要解决螺杆泵低转速、高扭矩的动力输入要求,研究实验结果发现机械减速器是整个机组系统的难点所在。根据胜利油田某油井工况对电动潜油螺杆泵采油系统用减速器的设计要求,采用2Z-V型少齿差行星齿轮传动进行优化设计。根据所建立的数学模型,选用可靠性高、搜索速度较快的分层网络法进行寻优,性能参数良好、优化效果明显。首次提出了潜油螺杆泵减速器综合性能系数R,解决了不同机组、不同工况下、不同结构潜油螺杆泵减速器的性能比较问题。     

类椭圆型螺杆泵与常规采油螺杆泵举升性能对比

为进一步研究类椭圆型采油螺杆泵的举升性能,以普遍应用的单头单螺杆泵作为参考基准,按照排量一致的原则,求出类椭圆型采油螺杆泵和双头短幅内摆线型螺杆泵的结构参数,并建立模型进行有限元分析,计算3种螺杆泵的临界接触应力,并根据压力场分布规律得出对应的总举升压力。分析结果表明：在理论排量一致的前提下,举升性能从大到小依次是类椭圆型螺杆泵、双头短幅内摆线型螺杆泵、单头单螺杆泵。研究内容及结果可为类椭圆型采油螺杆泵的设计及实际应用提供参考。     

螺杆泵采油技术在长庆油田的应用

为解决采油设备单一,长庆油田引进大庆力神泵业螺杆泵采油技术。讨论了螺杆泵在长庆油田应用的可行性,并根据实际井况的分析及计算,确定了螺杆泵型号、泵挂深度、转速、扶正器布置及其相应配套设备。对9口油井进行了实验,应用效果显著,为当地石油开采提供了一条新的有效途径。     

采油单螺杆泵转子在定子型腔内运动受力分析

螺杆泵转子在定子型腔内自转的同时绕定子中心公转,不同的接触位置所受定子橡胶作用力不同,引起螺杆泵运行过程中的振动。依据采油单螺杆泵转子在定子内的运动特点,将转子在定子内单个周期运动分为曲线运动区间和直线运动区间,分析了转子在曲线和直线运动区间受力状态,建立了转子在定子型腔动力学模型。鉴于定子橡胶厚度的变化及橡胶自身非线性因素的影响,采用有限元的方法,运用ABAQUS软件分析了转子在定子型腔内不同位置的受力状态,得到受力状态随接触位置和橡胶厚度的变化关系。     

基于流固耦合的采油单螺杆泵容积效率求解方法*

容积效率是采油单螺杆泵举升性能的重要技术指标,采用试验方式获取螺杆泵的容积效率是目前最常用的方法。为提高螺杆泵的设计效率,降低设计成本,提出采用单向流固耦合的数值仿真方法求解漏失量并计算容积效率。依据定转子之间的装配关系建立几何模型,计算不同压差条件下密封带处定子橡胶变形量,得到变形量随压差变化的规律。以现场试验条件作为仿真依据,采用单向流固耦合方法求解试验转速和泵压条件下螺杆泵的漏失量,进一步得到其容积效率。仿真计算结果与现场试验结果相一致,验证了采用单向流固耦合的数值仿真方法计算容积效率的有效性。通过这种仿真分析方法,可以在减少试验量的条件下,对螺杆泵结构参数进行优化设计,并对现场运行参数的匹配提供技术支撑。     

长周期变转速下入口油温对高速轻载涡轮增压器转子振动特性影响

高速轻载涡轮增压器转子系统的入口油温在长周期变转速运行条件下会产生动态变化,从而改变转子系统振动特性甚至导致非线性振动事故。以某型汽油机用高速轻载涡轮增压器转子为研究对象,分析浮环轴承内油膜最小厚度与偏心率随入口油温参数的变化规律,构建涡轮增压器转子-浮环轴承系统动力学有限元模型,采用Newmark积分法分析转子系统的非线性瞬态响应,结合涡轮增压器升速实验,得到不同入口油温下转子系统三维振动瀑布图与Colormap频谱图,探究入口油温对转子系统振动响应特性的影响。结果表明:随着入口油温从50℃增至130℃时,内油膜最小厚度会减少,环速比与偏心率会增加,内油膜振荡幅值逐渐降低,但出现内油膜振荡与外油膜涡动的轴颈转速点会提前约30%,且外油膜涡动幅值会逐步增加。综合内外油膜涡动与振动幅值,入口油温约为90℃时转子振动情况较好。结论可为设计具有智能抗振性能的高速轻载涡轮增压器转子系统的运行参数提供理论参考。     

盘式永磁电机齿槽转矩的分析与抑制

在对用于油田抽油机的大力矩低速盘式永磁电机的研究过程中,为削弱齿槽效应所引起的转矩波动,采用了一种以有限元电磁场计算为基础的磁极尺寸优化设计方法,确定了采用磁极分段移位法时的最佳位移量,并通过优化分段磁钢的径向尺寸,实现了削弱齿槽转矩的目的。研究结果表明,该设计为大力矩低速盘式永磁电机设计提供了参考依据。     

润滑油含水量对轴承性能影响的试验研究

为研究润滑油含水量超标时轴承的运行性能,搭建了滑动轴承试验台,通过试验研究了在不同含水量的润滑油对滑动轴承温度、摩擦力矩及轴心运动轨迹的影响。试验发现,润滑油含水量较低(质量分数0. 5%以下)时对滑动轴承的温度、摩擦力矩和轴心轨迹影响不大,但含水量达到一定程度时(如超过质量分数0. 5%)会使轴心轨迹重复性变差,导致转子运转有不稳定的趋势出现。这表明润滑油含水会对滑动轴承运行性能造成一定的影响,更为准确的结果还需长期的实验验证。     

改进PCA算法及其在转子特征提取中的应用

为探索航空发动机轴承装配条件对支承刚度的影响,支撑发动机转子系统的动力学设计和整机振动控制,在动力学方程的基础上,建立了振动测试和理论计算相结合的支承刚度辨识方法,并以某型航空发动机的五号支点轴承为对象,试验研究了圆柱滚子轴承内、外环配合参数、锁紧螺母拧紧力矩等参数对支承刚度的影响规律。结果表明：建立的支承刚度辨识方法准确可行;轴承内、外环为过盈配合时,过盈量增大,支承刚度增大,支承刚度对锁紧螺母拧紧力矩不敏感;轴承内、外环为间隙配合时,转子出现非线性共振,支承刚度大幅度地随机跳动,不符合线性条件假设。设计时应合理考虑轴承内、外环配合参数,避免导致转子系统振动特性恶化。     

基于旋转法的发动机润滑油黏度检测技术研究

在传统旋转法基础上,提出一种新型的旋转式黏度在线测量方法。该方法利用流体力学相关理论对转子旋转时的黏滞力矩进行分析,通过建立传感器直流电机电流和油液黏滞力矩的关系来仿真计算油液黏度。研发一种发动机润滑油黏度在线检测传感器,通过高低温试验测试传感器对润滑油黏度的响应,并对传感器进行标定。结果表明,该传感器对油液黏度变化具有较快的响应与较高的灵敏度,结构简单,稳定可靠,克服了传统黏度计测量时间长、对环境要求苛刻、尺寸较大且价格昂贵的缺点。     

Modeling and Analysis of a Micromotor with an Electrostatically Levitated Rotor

The modeling and evaluation of a prototype rotary micromotor where the annular rotor is supported electrostatically in five degrees of freedom is presented in order to study the behavior of this levitated micromotor and further optimize the device geometry. The analytical torque model is obtained based on the principle of a planar variable-capacitance electrostatic motor while the viscous damping caused by air film between the stator and rotor is derived using laminar Couette flow model.Simulation results of the closed-loop drive motor, based on the developed dynamic model after eliminating mechanical friction torque via electrostatic suspension, are presented. The effects of the high-voltage drive, required for rotation of the rotor, on overload capacity and suspension stiffness of the electrostatic bearing system are also analytically evaluated in an effort to determine allowable drive voltage and attainable rotor speed in operation. The analytical results show that maximum speed of the micromotor is limited mainly by viscous drag torque and stiffness of the bearing system. Therefore, it is expected to operate the device in vacuum so as to increase the rotor speed significantly, especially for those electrostatically levitated micromotors to be used as an angular rate micro-gyroscope.     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承负载力矩复合补偿的控制

提出一种基于角速率前馈与力矩观测相结合的磁轴承负载力矩复合补偿控制方法来提高双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子的悬浮精度。建立了双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子动力学模型,分析了内外框架转动情况下的磁轴承负载力矩。分别基于框架角速率前馈和力矩观测设计了磁轴承负载力矩复合补偿控制方法,分析了补偿后系统的稳定性。最后,利用实验室研制的样机搭建试验平台对本文所提出的方法进行了实验验证。结果表明:在框架以角加速度120(°)/s2启动至10(°)/s时,该方法使转子Ax端位移跳动量减小为未补偿前的44.8%;内外框架以幅值频率10Hz正弦激励时,转子Ax、By端的位移跳动量分别减小为未补偿前的23.4%和35.5%。结果显示提出的方法有效地提高了磁悬浮转子在负载力矩扰动下的悬浮精度。     

拉杆转子临界转速随拉紧力变化规律试验

为了研究拉杆转子临界转速随拧紧力的变化规律,搭建了拉紧力测量试验台,测量拉杆拉紧力随拧紧力矩的变化。设计并加工了模化拉杆转子,搭建了拉杆转子转动试验台,测量在不同拉紧力下拉杆转子的动力学响应。根据5组不同拧紧力矩下的动力学响应得到了拉杆转子前两阶临界转速,分析了临界转速随拉紧力的变化规律,并与理论计算结果进行了对比分析。结果表明,随着拉紧力的增加,拉杆转子在升速和降速过程中的前两阶临界转速随着拉紧力的增加而增加。与理论计算结果对比发现,理论模型计算的前两阶临界转速与试验结果比较接近,但仍需要进一步改进以更好地反映拉杆拉紧力对临界转速的影响。     

Mathematical model and experiment validation of fluid torque by shear stress under influence of fluid temperature in hydro-viscous clutch

The current design of hydro-viscous clutch（HVC） in tracked vehicle fan transmission mainly focuses on high-speed and high power. However, the fluid torque under the influence of fluid temperature can not be predicted accurately by conventional mathematical model or experimental research. In order to validate the fluid torque of HVC by taking the viscosity-temperature characteristic of fluid into account, the test rig is designed. The outlet oil temperature is measured and fitted with different rotation speed, oil film thickness, oil flow rate, and inlet oil temperature. Meanwhile, the film torque can be obtained. Based on Navier-Stokes equations and the continuity equation, the mathematical model of fluid torque is proposed in cylindrical coordinate. Iterative method is employed to solve the equations. The radial and tangential speed distribution, radial pressure distribution and theoretical flow rate are determined and analyzed. The models of equivalent radius and fluid torque of friction pairs are introduced. The experimental and theoretical results indicate that tangential speed distribution is mainly determined by the relative rotating speed between the friction plate and the separator disc. However, the radial speed distribution and pressure distribution are dominated by pressure difference at the lower rotating speed. The oil film fills the clearance and the film torque increases with increasing rotating speed. However, when the speed reaches a certain value, the centrifugal force will play an important role on the fluid distribution. The pressure is negative at the outer radius when inlet flow rate is less than theoretical flow, so the film starts to shrink which decreases the film torque sharply. The theoretical fluid torque has good agreement with the experimental data. This research proposes a new fluid torque mathematical model which may predict the film torque under the influence of temperature more accurately.     

浮环轴向长度对高速轻载涡轮增压器转子系统振动特性影响研究

浮环轴承内外轴向长度结构参数会影响油膜压力分布与偏心率,产生显著分频振动而引发高速轻载涡轮增压器转子非线性振动故障。基于流体润滑理论和浮环力矩平衡方程,推导了含浮环轴承的涡轮增压器转子系统动力学方程,揭示浮环轴承轴向长度与转子系统振动响应之间的关系。以某型汽油机用涡轮增压器转子系统为例,分析浮环内、外轴向长度对轴承油膜压力、偏心率等动力特性的影响,构建转子系统动力学有限元模型,通过三维振动瀑布图研究不同浮环轴向长度下转子系统频域瞬态振动响应,结果表明：浮环内轴向长度从2.6增加到4.6 mm,导致浮环转速升高,最大内油膜压力减小,轴颈偏心率降低,分频幅值增加且出现分频的轴颈转速由142 kr/min降至76 kr/min,更易产生明显的非线性涡动现象;浮环外轴向长度从3.6增加到6.15 mm,使浮环转速降低,最大外油膜压力变小,浮环偏心率及轴颈相对浮环的偏心率减小,低转速下分频幅值减少且出现分频的轴颈转速由10 kr/min升至22 kr/min,可抑制转子系统过早发生非线性涡动,为浮环轴承结构参数设计与试验提供理论支撑。