三头单螺杆泵参数化实体建模与接触分析

定子作为螺杆泵的主要部件,其受力以及变形情况严重影响着螺杆泵的工作性能和寿命。因此,对接触状态下三头单螺杆泵易损件—定子的受力及变形规律进行研究分析至关重要。通过坐标变换方法推导出三头单螺杆泵定子端面线型方程,运用Top-down设计思想并结合PTC Creo3.0、Mathcad软件对三头单螺杆泵进行参数化实体建模,利用有限元分析软件Workbench分析了接触状态下泊松比、均匀内腔压力对三头单螺杆泵定子橡胶变形规律的影响。研究结果表明:定子橡胶轮廓变形位移与泊松比成反比,与定子内腔均匀压力成正比。上述建模和分析方法,不仅提高了多头单螺杆泵的设计效率,且误差较小,为进行多头单螺杆泵深入研究提供了参考。     

单螺杆泵密封性能的有限元分析

通过理论分析,得出了单螺杆泵压力的产生和传递规律.采用有限元方法,建立了单螺杆泵的二维模型,分析了螺杆泵定子橡胶与转子间腔体压差、腔体压力以及过盈量对接触压力的影响,得出了压差与接触压力、腔体内压力与接触压力和最大密封压力及过盈量与最大压力的关系.结果表明:压差的增大使接触压力增大;腔体内压力的增大使接触压力减小,最大密封压力降低;过盈量的增加使螺杆泵的最大压力增大.     

双头单螺杆潜油泵橡胶衬套力-热耦合模拟研究

针对用于井下采油的潜没式双头单螺杆泵在工作过程中,还没有能够直接对处于采油井下工况的衬套橡胶的温度场分布等进行有效的测试,定子衬套又容易失效、衬套型线对螺杆泵工作性能影响很大的现状,对双头单螺杆潜油泵衬套进行计算机仿真模拟研究进行一次尝试。鉴于双头单螺杆泵衬套的特殊形状,将三维模型合理简化为平面应变模型进行模拟研究。运用有限元方法对3种型线的双头单螺杆泵衬套进行了力热耦合模拟研究。获得了在额定工况下,螺杆泵衬套的温度场分布云图。揭示了螺杆泵衬套的温度分布规律,解决了螺杆泵衬套温度场难以测量的问题。为双头单螺杆泵衬套的热分析、型线选择、性能优化提供参考依据。     

单螺杆泵定子橡胶温度场分析

应用传热学原理,采用有限元方法建立了常规单螺杆泵和等壁厚定子单螺杆泵定子橡胶温度场的计算模型,分析了定子温度分布特点;比较了2种泵定子温升对橡胶工作性能的影响;研究了不同工作压差和转速条件下,定子温升的规律,并给出了相应的表达式.结果表明:常规泵定子温度场呈对称椭圆形分布,温度梯度大,最高温度位于橡胶厚度最厚的中心部位;等壁厚泵定子温度分布较均匀,温升很小.相同工况下,常规泵定子橡胶温升为等壁厚泵的7倍,橡胶容易损坏.对于相同的橡胶材料,定子温升随工作压差的增加而非线性增加,随转子转速的增加而线性增加;常规泵定子温升受二者变化的影响远大于等壁厚定子泵.     

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。     

螺杆泵定转子过盈接触三维有限元分析

常规单螺杆泵包含两个主要的部件即橡胶定子和金属转子,定子与转子之间的相互作用是影响螺杆泵性能的主要因素之一.采用非线性有限元方法分析了螺杆泵定转子在初始过盈下的变形,结果表明转子在过盈力的作用下发生扭转与偏转;而且在初始过盈作用下圆弧段过盈小于初始过盈值,两条直线段的过盈并不相等.     

双头单螺杆泵衬套力热耦合模拟研究

针对双头单螺杆泵在工作过程中,还没有能够直接对井下工况衬套橡胶的温度场分布等进行有效的测试,定子衬套又容易实效、衬套型线对螺杆泵工作性能影响很大的现状,对双头单螺杆泵衬套进行计算机仿真模拟研究则是一个尝试.鉴于双头单螺杆泵衬套的特殊形状将三维模型合理简化为平面应变模型进行模拟研究.运用有限元方法对三种线型的双头单螺杆泵衬套进行力热耦合模拟研究.给出了在额定工况下,螺杆泵衬套温度场分布云图.揭示了螺杆泵衬套的温度分布规律,弥补了螺杆泵衬套温度场难以测量的问题.为双头单螺杆泵衬套的热分析、型线选择、性能优化等提供参考依据.     

基于Fe-safe螺杆泵定子橡胶疲劳裂纹形成寿命预测

采油用螺杆泵橡胶定子为研究对象,通过对定子橡胶材料的进行伸张疲劳试验,建立定子橡胶的S-N曲线;对螺杆泵进行力学特性分析,确定在靠近高压腔室螺旋密封带上螺杆泵最易发生疲劳失效;利用Fe-safe对螺杆泵定子橡胶进行疲劳裂纹形成寿命进行预测研究,确定螺杆泵定子橡胶各段模型的最小疲劳裂纹形成寿命和安全系数和随腔室压力的关系,即随腔室压力升高而下降,并拟合得到橡胶定子疲劳裂纹形成寿命与腔室压力的关系式。     

三头单螺杆泵定转子接触磨损分析

采用ANSYS软件对短幅内摆线外等距曲线及短幅外摆线内等距曲线2种线型的三头单螺杆泵在过盈及压差作用下的变形、受力及接触情况进行有限元分析,得到定转子接触时变形及应力分布云图,比较2种线型三头单螺杆泵的密封性能.结果表明:过盈量的存在是实现螺杆泵密封的重要条件;压差的存在使定子橡胶发生较大的变形,应力应变值也相应增加;短幅内摆线外等距曲线三头单螺杆泵密封性能优于短幅外摆线内等距曲线三头单螺杆泵.     

TECFLOW系列2701单螺杆泵的应用改进

针对单螺杆泵的定子和转子之间的磨损会导致单螺杆泵的效率下降甚至过早报废问题,在对单螺杆泵的工作原理、摩擦速度原理和容积效率原理分析的基础上,对转子和定子的磨损进行了论证,并应用Matlab进行仿真.为提高单螺杆泵的容积效率,对螺杆泵进行了结构上的改进.     

潜油螺杆泵采油系统轴向力计算及轴承强度分析

潜油螺杆泵采油系统中轴向承载能力决定其排量、机组下潜深度、寿命等关键技术指标。根据潜油螺杆泵采油系统中轴向压力的计算方法计算出轴向载荷,对联轴装置中影响轴向承载能力的关键零部件——推力轴承进行了有限元分析。分析结果表明:总体应力分布比较均匀,但是偏向一侧,这与实际情况中,单向推力轴承承受偏心轴向载荷时的载荷分布是完全一致的。     

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。     

单螺杆泵定子橡胶的接触磨损分析

采用有限元法对常规单螺杆泵和等壁厚定子单螺杆泵的定子橡胶和螺杆进行接触非线性计算,得到了螺杆与定子在不同位置接触时变形及剪应变云图;分析了定子接触磨损的特点及规律,并进行了比较。结果表明：常规单螺杆泵定子与螺杆在圆弧顶接触时,剪应变和变形最大,定子两圆弧对角磨损最严重,同时定子的磨损随过盈量增大而明显增大;而等壁厚螺杆泵则在中间位置接触时,剪应变和变形最大,且最大剪应变位于定子的外表面。由于目前还没有能够直接对实际工况下的定子橡胶的变形和接触状态进行测试的有效手段,本文为定子的优化设计提供了理论基础和有效的数值模拟方法。     

单螺杆泵的接触疲劳磨损分析

本文将目前国内外对单螺杆泵定子的磨损研究情况作一综述,对常规单螺杆泵和等壁厚单螺杆泵进行了接触分析。针对目前单螺杆泵定子受压侧直径与圆弧连接点处的磨损最大的现象,从疲劳磨损的角度进行了深入研究,认为这是由于在圆弧段对角处的剪切应变远远大于其它地方,在周期性载荷的作用下橡胶表面产生重复的压缩、拉伸和交变剪切应力而发生多次变形,从而使橡胶表层发生疲劳磨损。对于等壁厚单螺杆泵来讲,其最大的剪切应变在橡胶衬套的外层,这意味着等壁厚单螺杆泵橡胶衬套外层与钢套之间的联接强度将受到考验,衬套外层与钢套之间的联接处可能是等壁厚单螺杆泵的疲劳失效处。     

全金属单螺杆油泵的结构参数分析及优化

我国的稠油资源丰富,如何有效地开采稠油资源逐步成为人们的探究重点。目前,由于对热采环境优异的适应性,全金属螺杆泵在稠油开采中得到广泛应用。针对现阶段全金属单螺杆泵普遍效率低的问题,提出了基于CFD的优化策略。运用三维动网格技术对螺杆泵内部流场进行有限元建模;利用试验数据验证了该模型的正确性;基于该模型针对泵的间隙值,偏心距以及定子导程3个主要结构参数对油泵性能的影响规律进行分析并得到了这些参数对排量、漏失量、容积效率、泵效的相关影响规律;利用这些规律对该螺杆泵结构进行优化,使全金属单螺杆泵的系统效率约提升约30%。     

倾覆力矩对推力球轴承疲劳寿命的影响

由于滚动轴承标准中推力球轴承基本额定寿命的计算没有考虑倾覆力矩的影响,造成其误差较大,针对此问题,考虑了推力球轴承在轴向力和倾覆力矩作用下钢球的实际载荷分布,用Lundberg和Palmgren方法计算了轴承的疲劳寿命,并在此基础上拟合出了倾覆力矩与增量当量载荷之间的关系,对滚动轴承标准中推力球轴承基本额定寿命的计算公式进行了修正,计入了倾覆力矩的影响。修正后的寿命计算方法不仅简便,而且准确。     

双头单螺杆泵定子衬套力学行为分析

为研究双头单螺杆泵定子衬套的受力状态及内轮廓线的变形规律,分析了内压、压差、材料非线性、橡胶泊松比等多种因素对定子衬套应力、应变及内轮廓线变形规律的影响,并拟合出双头单螺杆泵定子衬套在均匀内压作用下内轮廓线位移的方程式及非均匀内压下内轮廓线最大位移公式。分析结果表明：均匀压力下,衬套应力、应变呈周期性变化,内轮廓线位移呈正弦规律变化,位移与内压成线性关系;压差作用下,衬套应力、应变最大值向压差作用处转移,内轮廓线变形规律发生改变,位移及其变形幅度均增大;衬套橡胶泊松比微小的变化即会对衬套变形产生非常大的影响。因此,实际生产中应注意注胶工艺及泊松比的变化。研究结果为定子、转子过盈量的选取及线型的优化设计提供了理论基础,对提高双头单螺杆泵工作效率和使用寿命具有重要工程实际意义。     

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。     

反渗透海水淡化提升泵轴向力和径向力平衡的研究

针对反渗透海水淡化提升泵的入口压力高,存在较大的轴头力的情况,通过分析提升泵中轴向力与径向力产生的原因,提出了针对不同规模的反渗透海水淡化用提升泵轴向力的平衡方法.对于2500 t/d反渗透海水淡化的提升泵,采用调整叶轮口环直径,叶轮前盖板加副叶片的方法可以增加前后盖板的作用力以平衡轴向力,而通过降低转速增加叶轮尺寸的方法来平衡轴向力则可使结构更趋合理;采用双蜗壳结构平衡径向力.通过轴承寿命的计算得出其寿命均大于25000h,从理论上证明了该方法的可行性.     

SCT型单螺杆泵采用Mooney-Rivlin模型的有限元分析

德国Seepex公司研发的SCT(Smart Conveying Technology)型单螺杆泵是一种采用定子可分割技术的灵巧型输送设备,对其结构组成和工作原理进行系统地总结后发现,采用定子分割技术的SCT型单螺杆泵具有输送效率高、极小空间内可快速安装拆卸定子等优点。但该设备常在低压环境下输送污泥,未见其在油气混输中的应用,且可分割的定子属于超弹性非线性材料,因而对定子采用Mooney-Rivlin模型并通过有限元分析其在高压下的密封效果。结果表明,在一定的内压下,定子与转子接触压力随着腔室间压差值的增加几乎呈线性增加,且接触压力曲线的斜率小于压差曲线的斜率,具有较高的密封压差,因此,可在传统SCT型单螺杆泵基础上进行结构改进使其更适用于油气混输。