螺杆钻具转子特性与磨损规律研究

转子是螺杆钻具的核心部件,与定子相配合,决定了螺杆钻具的工作效率和动力性能。主要研究不同泥浆固相含量和添加剂对螺杆钻具转子表面磨损的影响,设计专用试验装置以模拟近井下条件工作时螺杆钻具转子的表面磨损情况,对其磨损规律开展研究,探索了转子在不同泥浆条件下的磨损规律,并结合相关磨损机理进行了进一步分析。初步发现了对硬铬镀层损伤较大的因素是泥浆固相与盐类添加剂,进而确定了硬铬镀层磨损的主要形式是腐蚀磨损,从而形成了对转子的制造工艺及使用方法的有益建议。     

螺杆钻具用马达转子处理工艺研究

随着我国井下开采事业的进一步发展和井下开采技术的逐渐成熟，螺杆钻具开始被广泛应用到定向井和水平井的施工中，作为一种井下动力钻具，螺杆钻具主要通过动力液的作用，将液体产生的压力能转换成为机械能，并以扭矩输出的形式将能量传递到钻头。从螺杆钻具的工作原理可以看出，马达作为其动力部分，决定着其性能的好坏。如果马达转子耐磨性和耐腐蚀性差，将会极大的缩短螺杆钻具的使用寿命。因此，必须要做好马达转子的表面处理，提高其耐磨性。当前，不同的厂家往往会采用不同的方法进行马达转子的表面处理。本文主要围绕此问题展开分析。     

类圆弧线型螺杆马达的设计与研究

螺杆马达是螺杆钻具的动力总成，其截面线型直接影响自身的各项工作性能。良好的工作性能是螺杆马达的设计目标。为获得工作性能良好的螺杆马达，首先，根据螺杆马达的工作原理和结构特点，提出了其效率、密封腔可靠性和稳定性的评价准则。然后，通过建立螺杆马达流固耦合三维有限元模型，基于显式非线性瞬态动力学方法分析了短幅内摆线螺杆马达密封腔接触带的接触力在不同负载工况下的变化情况。最后，基于螺杆马达效率的评价准则，针对影响短幅内摆线螺杆马达效率的关键因素，设计了一种类圆弧线型螺杆马达，并通过数值模拟和实验证明了该螺杆马达具有较好的工作性能。结果表明：在相同的负载工况下，相较于短幅内摆线螺杆马达，类圆弧线型螺杆马达密封腔的稳定性和可靠性更好，且在较高负载工况下具有更好的工作性能。研究结果为后续高性能螺杆马达的线型设计奠定了基础。     

圆盘型非接触超声波马达定子的振动模拟与测试

介绍一种圆盘型非接触超声波马达的结构。利用有限元法计算了超声波马达定子在不同振动模态下的固有频率,并用激光测振仪对定子进行了测试,结果两者吻合较好。由于振幅和非接触马达的声辐射压力密切相关,因此通过谐响应分析计算了定子的振幅与定子驱动电压的关系,从而为马达的实验研究提供了理论依据。在最优模态B21下进行转子转速测试,测得最高转速为1600rpm。     

螺杆钻具常见失效形式及原因分析

螺杆钻具是目前油气田钻井工程中经常使用的井下动力钻具,是一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置,由旁通阀、马达、万向轴、传动轴等部分组成.螺杆钻具的使用寿命对于进一步提高油气田定向井、水平井等特殊工艺井钻井施工速度非常重要,而且直接影响钻井工程成本.在螺杆钻具自身设计制造质最决定其起使用寿命的同时,现场操作使用不当往往导致其提前损坏失效.本文通过对螺杆钻具常见失效形式及原因的分析,提出改进螺杆钻具使用方式、延长工作时间的意见和建议.     

考虑温升梯度影响的表贴式高速永磁电机转子强度分析

针对非导磁金属护套表贴式高速永磁电机的转子强度分析问题,基于弹性力学的平面应力模型,采用极坐标下的位移法,推导了考虑静态过盈量、转速以及转子温升梯度影响的转子强度解析解,并通过有限元仿真和试验验证了解析解的有效性。在转子强度解析解的基础上,进一步研究了护套厚度、静态过盈量、转速及转子温度等参数对转子应力的影响。仿真及试验结果表明:解析解能够准确计算考虑温升梯度影响的表贴式高速永磁电机转子的径向应力、环向应力及等效Mises应力。高速离心力和转子发热使永磁体内的拉应力大幅增加,同时也增加了护套所承受的Mises等效应力。适当增加静态过盈量和护套厚度可增强永磁体内的预压力,使永磁体免受高速离心力及转子发热产生的拉应力所破坏。     

变螺距螺杆真空泵转子温度场和热变形的有限元分析

以变螺距螺杆真空泵转子为研究对象,建立主动转子的三维有限元分析模型,对转子在热载荷作用下的温度场和热变形进行有限元分析。计算得到每一级的当量温度和对流换热系数,确定变螺距转子热边界条件,对螺杆转子的温度场分布进行模拟分析,得出转子的温度分布规律,并进一步对转子的热变形进行研究。研究结果表明:变螺距转子温度场和热变形分布均匀,最高温度为146.97℃,最低温度为68.30℃,轴向形变量最大值为0.41168 mm,径向形变量最大值为0.17245mm,为变螺距螺杆真空泵的设计提供了理论依据。     

滚动转子式压缩机中接触非线性模型分析

针对某款滚动转子式压缩机中接触非线性2个模型,运用有限元方法进行分析,结果表明,定子与壳体过盈配合模型中,定子变形与其切边结构关系较大,运行工况和非运行工况下定子与壳体间抱紧力数值满足设计要求,安全系数达到1.44;泵体模型中,在扭力矩(12.5 N·m和14.5 N·m)作用下,上法兰精加工面变形量为-0.007 mm,满足可靠性运行设计要求。     

螺杆真空泵返流特性的研究

以单头等螺距内凹转子双螺杆真空泵为研究对象,对螺杆真空泵工作时转子与泵腔、转子与转子之间气体的流动状态进行研究,将周向返流简化为两平面平板之间库埃特流动与泊肃叶流动,径向和齿侧返流简化为薄壁孔流动,建立了螺杆真空泵转子周向、径向和齿侧返流量计算的理论数学模型。计算分析了不同间隙值以及螺杆转子参数对螺杆真空泵返流量的影响,得到螺杆真空泵返流量随着螺杆渐开线基圆半径、大径、小径、和导程变化的规律。研究结果表明:周向间隙的增加使得返流量显著增加;在理论抽速给定的条件下,小径大径比为0.63时,返流量最小。     

双螺杆真空泵封闭容积间压力和泄漏特性研究

研究了双螺杆泵转子封闭容积间泄漏过程,推导出双螺杆泵在达到极限真空时平均泄漏量、内部平均压力的计算方程。计算结果表明:螺杆上不同封闭容积之间的泄漏量和压力相差很大。随着转子周边各间隙的减小,吸气端的泄漏量和压力迅速减小,排气端则相对平缓;螺杆各封闭容积间,通过圆周间隙的泄漏量与通过径向间隙、齿侧间隙泄漏量之和的差值随着转子各间隙的减小而减小。当转子间间隙小于一定值时,通过径向间隙和齿侧间隙的泄漏量会大于通过圆周间隙的泄漏量。     

大型冷库螺杆压缩机几何特征及型线优化研究

目的 针对大型冷库系统用螺杆压缩机的型线设计与优化问题,建立型线几何特征计算数学模型,为螺杆压缩机型线设计与优化提供理论依据。方法 以目前广泛采用的GHH型线为研究对象,基于本文采用的型线几何特征计算方法,发现GHH型线的接触线不连续。采用圆弧-圆弧包络线共轭曲线对代替原始GHH型线中的圆弧-圆弧共轭曲线对,实现接触线的连续,提出修正的GHH型线。进而以修正的GHH型线为研究对象,分析节圆半径、齿高、双边长度等型线参数对接触线、啮合线、泄漏三角形等型线几何特征的影响。结果 研究发现,泄漏三角形的面积与节圆半径、导程呈线性正相关,与齿高、双边长度呈线性负相关,其中双边长度对泄漏三角形的面积影响最大。具体地,当节圆半径由48mm增大至60 mm时,面积利用系数由0.462减小为0.427,接触线长度由174.5 mm增大至182.2 mm,泄漏三角形面积由1.7mm²增大至8.2mm²。结论 本文建立了转子型线几何特征快速计算数学模型,对GHH型线进行了优化,实现了螺杆转子接触线的连续,揭示了型线参数对型线几何特征的影响规律,为转子型线优化提供了...     

Rotor Design and Finite Element Analysis of Traveling Wave Rotaty Ultrasonic Motor

The dynamic transfer mechanism of the traveling wave rotary ultrasonic motor rotor-stator' s contact surface is studied in the paper and the key parts stator and cone flexible rotor of ultrasonic motor are designed.The three-dimensional contact model and finite element model considering the radial sliding between the rotor and the stator are established. The relation between the stator surface particle that amplitude frequency characteristics,resonance speed,radial displacement of ultrasonic motor and the tooth height are analyzed. Mass point radial relative displacement of contact surface between the cone flexible rotor,flexible rotor and the stator are contrasted. The cone flexible rotor is better placed on the surface of the stator tooth through its elastic deformation is interpreted. The cone flexible rotor reduces the radial slip between the stator and the output efficiency of ultrasonic motor is improved. The displacement trajectory of the stator surface is synthesized in a row wave cycle. The method of the stator mass point elliptical motion drives the rotor rotation is verified.     

Meshing simulation and clearance evaluation of real screw rotors

Appropriate clearance is necessary for screw rotors to reduce the influence of the manufacturing, assembly, and working processes. Conventional clearance evaluation methods may not reflect the real situation owing to the change of meshing conditions in real screw rotors. To predict the real clearance correctly, the variation in meshing conditions and screw rotor profiles must be carefully considered. The aim of this study is to develop a new numerical method for meshing simulation and clearance evaluation. A meshing simulation algorithm is proposed to determine the initial contact position of the screw rotor pair, and a clearance evaluation algorithm is presented to compute the clearance distribution diagram along the sealing line. Four clearance design methods are compared and the experimental results are discussed to verify the feasibility and accuracy of the proposed method.     

单金属密封的结构优化及其密封性能研究

针对油气田勘探中,复杂的钻井工况导致动密封工作性能极不稳定的问题,结合单金属密封结构和井底高压环境,利用有限元方法对单金属密封受压情况下的接触压力进行分析。用雷诺方程计算单金属动密封的泄漏率,以减小最大接触压力和泄漏率为优化目标,利用正交试验和F评价方法对单金属密封结构参数进行优化,得到密封结构参数对密封面接触压力和泄漏率的影响情况,并将每个水平数对应的优化目标计算结果分别取平均值,得到不同水平影响下接触压力和泄露率平均值的变化趋势,从而确定密封结构的最优水平值,并借助有限元仿真对优化前后的密封性能进行对比。最后根据优化前后的密封结构参数加工2套密封试件,进行密封实验。仿真分析和实验结果表明：高压工况下优化前的密封面内侧磨损严重,钻井液颗粒容易侵入密封面;而优化后密封面的最大接触压力有所降低,动密封面的最高温度和泄漏率明显降低。研究结果对改进单金属密封的工作性能、提高井下动密封的可靠性有重要的现实意义。     

Numerical analysis of the symmetric hybrid transducer ultrasonicmotor

In this paper, operation of a symmetric hybrid transducer ultrasonic motor with output produced by two rotors connected together via a drive shaft is numerically analyzed and compared with the traditional asymmetric hybrid transducer motor design that produces its output from only one rotor. A one-dimensional finite element model for torsional vibration in the stator and a Coulomb friction model for rotor/stator contact associated with the longitudinal vibration of the motor are introduced. The calculation results demonstrate that the symmetric design is capable of performance comparable with the traditional asymmetric design when an optimum static spring force in the rotor/stator contact interface is applied during operation     

旋转型行波超声电机理论模型的仿真研究

建立了旋转型行波超声电机定、转子间的摩擦驱动模型，不仅考虑了接触界面上的纵向分布力，而且分析接触力沿周向和径向上的分量，在此基础上结合定子和转子的动力学模型得到了整个电机的机电耦合模型。文章分析了预压力影响电机驱动频率的本质原因，说明该频率不能直接通过分析自由定子得到，最后通过数值计算分析了接触界面力对电机工作频率的影响，取得了与实验一致的结果。     

微量注射泵用直线超声电机的结构设计

改进了一种螺纹杆直线超声电机,并用于驱动微量注射泵。螺纹杆直线超声电机具有体积小、精度高、推力足、无磁干扰等特点。为了满足微量注射泵推力要求,针对螺纹杆直线超声电机不能施加预压力问题,提出了一种可施加预压力的螺纹杆直线超声电机。该直线超声电机包括底座、柱状定子、分体式螺纹杆动子。动子由动子主轴、套筒、预压力施加装置组成。当预压力调至33.9 N时,电机达到最大堵推力21 N,此时空载最大速度为4.5 mm/s。并设计了一款微量注射泵,该微量注射泵结构简单、抗磁干扰,分辨率达到nl级别,满足各种微量药物注射要求。     

电动车驱动用永磁同步电机力矩特性的研究

对影响内置式永磁同步电机转矩特性的三个关键设计参数——永磁体宽度、定子绕组匝数及转子铁心外形进行了研究。以具体样机为例,分析了定子绕组匝数、永磁体充磁方向长度和转子外形对转矩特性的影响。分析结果表明：永磁体宽度接近于整数倍定子齿距可降低负载脉动转矩;采用偏心分段圆弧法优化转子外形有利于提高电机的转矩特性。通过实验验证了理论分析的正确性。     

可溶球座密封环密封性能分析与结构优化

可溶球座压裂后无需钻除作业,可自行溶解而实现井眼全通径,已成为致密油气水平井分段体积压裂的关键工具。可溶球座密封环的密封性能决定着水平井压裂作业的成败,因此开展了密封环密封性能的仿真分析及其结构优化研究。分析了可溶球座密封环的工作原理,运用有限元仿真方法分析了其密封性能。结果表明,坐封完成后密封环所受最大应力达到182.26 MPa,存在局部破坏的风险。进行了密封环材料和结构的优化设计,分析了各结构参数对密封性能的影响。优化后可溶球座能在50 kN坐封力的作用下安全坐封,密封环与套管内壁和滑动体的最大接触应力均大于压裂液压力,且接触应力分布较为均匀,满足密封要求。密封环结构优化后,可溶球座的密封和安全性能得到了提高。研究结果可为可溶球座密封环结构的改进提供参考。     

Switched Reluctance Motor Design Using Neural-Network Method With Static Finite-Element Simulation

The paper describes a neural network method for optimal design of a switched reluctance motor (SRM). The approach maximizes average torque while minimizing torque ripple, considering mainly the stator and rotor geometry parameters. Before optimization takes place, an experimental validation of the SRM model, based on the finite-element method, is performed. The validation predicts average torque and torque ripple characteristics for several motor configurations while stator and rotor pole arcs are varied. The numerical results are highly nonlinear, and a function approximation of the data is therefore difficult to implement. We therefore interpolate the data by using a neural network based on a generalized radial basis function. The computed results allow us to search for optimum motor parameters. The optimum design was confirmed by numerical field solutions.