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。     

柴油机连杆衬套微动特性研究

针对某型柴油机连杆小头和衬套过盈配合引起的微动现象,建立了连杆小头-衬套-活塞销三体接触的有限元模型,应用有限元法求解计算得到了不同参数下衬套的等效应力和变形变化规律。结合接触力学理论,分析了连杆摆角、过盈量和摩擦因数等不同参数对衬套微动特性的影响规律。分析结果表明,随着过盈量的加大,衬套的摩擦应力、接触压力和摩擦功不断的增大,而微动幅值呈不断减小的趋势。随着摩擦因数的降低,衬套的接触压力变化较小,摩擦应力和摩擦功不断减小,而微动幅值呈不断增大的趋势。应适当增大过盈量并减小衬套的摩擦因数来减缓微动磨损。     

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。     

两种采油螺杆泵定子摩擦特性对比分析

在采油过程中,螺杆泵定子容易因为磨损而导致失效,针对这一问题,对螺杆泵常规定子与等壁厚定子的摩擦特性进行了研究。首先,利用有限元分析软件对两种定子进行了热力耦合仿真;然后,分析了两种定子在工作过程中的摩擦应力状态,以及过盈量和温度对其摩擦性能的影响;最后,对两种定子的摩擦特性进行了综合对比,分析了两种定子分别在过盈量和温度范围内的适宜工作区间。研究结果表明：与常规定子相比,等壁厚定子的摩擦应力分布更为均匀;随着过盈量和温度的升高,两种定子的摩擦应力均呈逐渐增大的趋势;当过盈量低于0.3 mm,温度高于40℃时,等壁厚定子的摩擦性能优于常规定子;两种定子摩擦特性的对比研究结果对于定子结构设计优化及不同工况下定子样式选取具有一定的参考价值。     

发动机连杆衬套微动特性分析

针对某型发动机连杆衬套和连杆小头过盈配合引起的微动现象,应用有限元对连杆小头组件爆压时刻的接触过程进行仿真分析;选取过盈量和摩擦因数为试验因子建立正交模拟试验方案,得到过盈量和摩擦因数对连杆衬套微动特性影响规律。结果表明,随过盈量的增大,连杆衬套接触压力增大,摩擦应力减小;随摩擦因数的增大,连杆衬套接触压力先增大后减小,摩擦应力增大;连杆衬套和连杆小头接触面间摩擦因数对连杆衬套微动特性影响显著。     

不同高温浆体中螺杆钻具定子衬套的摩擦规律

定子橡胶衬套的磨损易导致螺杆钻具工作效率降低或过早发生失效。为研究钻井工况下橡胶衬套的摩擦磨损特性,对定子橡胶衬套在干磨状态以及不同浆体介质中的状态进行了摩擦学试验,并对橡胶磨损量进行称量。试验结果表明：在干磨和各浆体介质中,中低载荷和低转速情况下,橡胶的摩擦因数随着载荷和转速增大而减小,橡胶的磨损量随载荷和转速的增大而增大;在浆体介质中,橡胶磨损量随泥浆密度的增大而增大。衬套的磨损机理主要表现为滞后磨损、氧化降解和微切削作用磨损。     

基于单向流固耦合的采油单螺杆泵容积效率分析

为研究采油螺杆泵的容积效率,建立螺杆泵有限元仿真模型,使用流固耦合方法分析单级压差对定子橡胶的变形规律,推导了对螺杆泵定子密封和泄漏影响较大XY方向变形量的计算式。根据定子橡胶变形量和初始过盈量,得到螺杆泵泄漏量,计算出容积效率,并对其进行试验验证;利用该方法,分析了螺杆泵定子导程、初始过盈量、偏心距等结构参数和单级压差、转速、流体黏度等工作参数对容积效率的影响规律,结果表明：容积效率随定子导程的增加而降低,在压差为0.6 MPa下容积效率由47%降至30%;随着初始过盈量的增加而升高,在压差为0.6 MPa下容积效率由31%增至71%;随着单级压差的增加而降低,在过盈量为0.28 mm下容积效率由98%降至16%;随着转速的增加而升高,在过盈量为0.178 mm下容积效率由8%增至69%;随着流体黏度的增大而升高,在过盈量为0.178 mm下容积效率由38%增至85%;随偏心距的增大变化不大,容积效率由96%降至94%。     

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.     

空气螺杆钻具定转子啮合动力学仿真分析

为研究空气螺杆钻具结构参数与其工作效率及使用寿命的关系,建立了空气螺杆钻具一个导程的非线性动力学模型。采用橡胶Mooney-Rivlin双参数模型,考虑橡胶衬套材料非线性、内压及转子惯性对橡胶衬套的作用,对空气螺杆钻具进行了动力学仿真。研究了过盈量、偏心距变化对空气螺杆钻具定子衬套应力应变和摩擦阻力矩的影响。结果表明,过盈量和偏心距的变化对空气螺杆钻具摩擦阻力矩及定子衬套所受应力应变均有影响,而过盈量变化的影响作用更加明显,合理调整过盈量和偏心距可以提高空气螺杆钻具的工作效率和使用寿命。     

等壁厚螺杆泵定子的有限元分析

重点研究了等壁厚螺杆泵定子橡胶衬垫内轮廓线的变形规律,对其应力和应变分布情况作了辅助性分析;研究均匀内压作用情况下,考虑工作压差以及定子与转子的装配等所引起定子橡胶的变形和受力的变化.利用有限元分析软件Abaqus,对等壁厚螺杆泵定子进行研究,得出了螺杆泵定子在不同工况下的受力状态和变形规律,以及定子材料参数对变形规律的影响.利用此规律可对等壁厚螺杆泵进行优化设计,提高其工作效率.     

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。     

水平井裸眼封隔器密封结构优化研究

针对水平井压缩式裸眼封隔器存在的密封性差、坐封力低、胶筒与井壁间存在间隙等问题,对其密封结构进行改进与优化,设计出一种凸球形隔环和凹球形胶筒组相结合的新型密封结构。运用 ABAQUS 软件模拟密封结构封隔器胶筒的坐封情况,获得胶筒组轴向接触压力的分布规律,并分析胶筒硬度和摩擦因数对接触压力的影响。结果表明：新型密封结构凸球形隔环在轴向压缩胶筒的同时也起径向压缩作用,提高了胶筒与井壁和中心管间的接触压力,增强了封隔器的密封性能;胶筒与井壁间的接触压力随着胶筒硬度和摩擦因数的增大而增大,但过大的摩擦因数会导致下胶筒接触压力明显减小,应选择硬度和摩擦因数合适的胶筒,从而保证封隔器的密封可靠性。     

乘用车横向稳定杆橡胶衬套的研究

横向稳定杆橡胶衬套具有支撑、定位、缓冲、吸振以及降噪等功用,同时特殊设计的衬套可为横向稳定杆提供额外的扭转刚度,有利于悬架操控性能的提高;文章提出了横向稳定杆支撑的物理模型,并在此基础上,分析了目前悬架常用橡胶衬套的不同性能参数对悬架操控性和舒适性能的影响;同时针对市场上应用的不同种类的橡胶衬套,分析、归类,对比其不同的设计理念与综合性能,为横向稳定杆橡胶衬套在不同级别的车辆悬架中的设计和应用提供了理论依据。     

Criteria for crack initiation during rubber abrasion

The crack initiation process during blade abrasion of a rubber surface has been investigated both experimentally and using a FEA simulation. At first the crack initiates at the location of the maximum tensile stress, yielding a crack growth angle of between 30° and 50° with the rubber surface, with the angle increasing with the normal load applied on the blade. The crack growth angle reduces as the initial crack propagates. It passes through several steps, each with a reduced crack growth angle and eventually reaches a much smaller angle generally observed at the steady state of abrasion. This initial crack growth process is predicted well by the FEA simulation. Both the experimental and the calculated results suggest that the initial cracks in rubber abrasion originate from micro-vibrations generated during the slip stage of stick-slip motion, which arises during the frictional contact between a soft rubber and hard abrader.     

轿车悬架橡胶衬套对人体主观感受的影响研究

为了研究悬架橡胶衬套对人体主观感受的影响,在SIMPACK多体软件系统下,建立悬架有、无衬套的多体整车模型.螺旋弹簧及橡胶衬套部分参数采用试验获取特性曲线;基于相关车辆平顺性道路试验方法,对整车多体模型进行离线时间积分,分别获取座椅处X、Y、Z三轴向加速度时间历程,利用MATLAB软件编制程序,计算三轴向总加权加速度均方根值,比较发现该值在有橡胶衬套情况下较小;进一步以控制臂的第二个橡胶衬套为对象,分别屏蔽其六向刚度中的一向,积分并计算总加权加速度均方根值,结果发现在屏蔽X轴向刚度、Z轴径向刚度时,该值变化较明显,即依据国际标准ISO2631中总加权加速度均方根值与人体感受之间的关系,当橡胶衬套某向刚度发生改变时,人体舒适性主观感受将发生变化.     

弹性体摩擦磨损特性的测试

本文对聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)和一种橡塑复合材料的摩擦系数、相对磨损率进行了测试.在与钢配副的滑动摩擦情形下,用平面定力法测试摩擦系数时,采用位移定量法可以获得稳定的测试结果用环块摩擦副测试弹性体耐磨性时,对磨环的表面特性是影响测试结果的关键因素,使用砂轮对磨环所得测试结果稳定.     

磨损间隙调整式环块摩擦试验机的研制

为了优选橡胶材料和掌握其摩擦磨损机制,以提高橡胶衬套材料的耐磨性和液体介质输送设备的使用寿命,研制一台磨损间隙调整式环块摩擦试验机。该试验机可通过加载机构可实现对橡胶试块的垂直加载或橡胶试块与摩擦环之间的间隙调整,并可实现干摩擦和含固体颗粒黏稠液体介质润滑下金属摩擦环与橡胶之间的摩擦磨损试验。利用该试验机对丁腈橡胶在不同磨损间隙下的摩擦磨损性能进行测试。试验结果表明,该试验机在过盈配合及不同磨损间隙下均具有较高的试验精度。