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.     

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。     

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。     

多头等壁厚橡胶螺杆钻具定子有限元分析

利用三维设计软件,建立了常规螺杆钻具定子和等壁厚橡胶螺杆钻具定子的二维平面模型,在有限元分析软件环境下,进一步建立定子的有限元分析模型,并分析了定子橡胶衬套内表面在均匀压力作用下的应力、应变和位移的分布规律。结果表明,在相同压力下,等壁厚衬套比常规衬套有更好的抗形变能力;在相同的过盈量下,等壁厚衬套有更好的密封能力;在同等扭矩下,等壁厚定子的长度可以缩短,等壁厚橡胶衬套内表面相对位移变化小,使转子与定子间产生均匀的过盈,从而提高了螺杆钻具的工作性能。     

基于有限元分析优化螺杆泵机组的定位尺寸

运用三维软件SolidWorks及其有限元分析插件SolidWorks Simulation,建立底座的仿真模型并进行有限元分析,得到实际工况下底座的应力、应变和变形。结果表明,螺杆泵机组的定位尺寸在初始数值下,底座的受力情况不是最佳的,不利于螺杆泵机组的正常工作,因此螺杆泵机组的定位尺寸是有很大的优化空间的。通过对螺杆泵机组定位尺寸的优化设计,确定更合理的机组定位尺寸。     

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。     

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.     

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。     

轨道用橡胶扣件Mooney-Rivlin模型参数确定及压缩变形的有限元模拟

利用应力、应变的虚功方程确定了适用于小变形橡胶的应变能模型——Mooney-Rivlin模型的参数;建立了橡胶扣件的三维模型,通过Abaqus有限元软件模拟了扣件变形的位移和应力云图,得到了力-位移曲线并进行了试验验证。结果表明:通过确定的C10,C01参数模拟得到橡胶扣件的应力分布与扣件实际受力相符合,最大压缩位移约为3mm;模拟得到的力-位移曲线与试验得到的基本吻合,Mooney-Rivlin模型可以用于模拟橡胶扣件的变形情况。     

等壁厚螺杆泵采油技术

常规螺杆泵定子由于橡胶厚度不均匀而导致其存在受力、散热和溶胀不均匀等问题,等壁厚定子螺杆泵是在常规螺杆泵的基础上发展的新机型,它通过改变泵体结构,能够保证定子橡胶厚度均匀,从而改善了螺杆泵工作性能,解决了常规螺杆泵定子技术的不足。论述了等壁厚定子螺杆泵的性能优势,对等壁厚定子螺杆泵应用前景进行了探讨。     

Analysis of mechanical behavior and hysteresis heat generating mechanism of PDM motor

Positive displacement motor (PDM), which is prone to high temperature fatigue failure, can be weakened in its application in deep and superdeep well. In order to study the forced state, deformation regularity and thermal hysteresis of PDM motor, the paper established the three-dimensional thermal-mechanical coupled Finite element model (FEM). Based on the theoretical research, experimental study and numerical simulation, the study found that the displacement of stator lining shows a sinusoidal variation under internal pressure, when adapting the general form of sine function to fitting inner contour line deformation function. Then the paper analyzed the hysteresis heat generating mechanism of the motor, learning that hysteresis thermogenous of stator lining occurs due to the viscoelastic of rubber material and cyclic loading of stator lining. A heartburn happens gradually in the center of the thickest part of the stator lining as temperature increases, which means work efficiency and service life of PDM will be decreased when used in deep or superdeep well. In this paper, we established a theory equation for the choice of interference fit and motor linetype optimization design, showing hysteresis heat generating analyzing model and method are reasonable enough to significantly improve PDM’s structure and help better use PDM in deep and surdeep well.     

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。     

屏蔽套形变对环形间隙轴向流阻的影响研究

针对核主泵屏蔽电机中内冷回路上下支路流量分配的预测问题,研究了屏蔽电机定子屏蔽套变形规律及其对间隙环流轴向流阻的影响规律。采用有限元方法计算了内冷介质高压作用下定子屏蔽套轮廓的圆角沟槽状变形特征,并进行了实验验证。采用计算流体动力学方法研究了界面非圆轮廓形变对间隙流场的影响,通过变参数分析与数学拟合,建立了核主泵屏蔽电机定子屏蔽套形变后的间隙环流轴向流动阻力系数修正模型。该模型的计算结果表明,在屏蔽式核主泵的额定工作状态,驱动电机定子界面轮廓相较于理想状态存在11%的变形,这种变形会导致电机定转子间隙流动轴向沿程压降值下降到无形变间隙的83%左右。     

螺杆泵定子温胀溶胀耦合变形及密封特性

采油螺杆泵工作时,定子在高温介质作用下发生温胀和溶胀,使定子脆化、膨胀等,降低螺杆泵密封性能。通过试验测得橡胶材料体积热膨胀系数及水浸和油浸时的溶胀参数,推导橡胶定子自由膨胀变形量表达式;对定子温胀变形进行有限元计算,使用温度当量法分析定子溶胀特性,耦合温胀与溶胀载荷进行有限元计算,得到型线的温胀与溶胀耦合作用变形规律。结果表明：定子发生温胀与溶胀变形时,定子型腔内表面变形量与壁厚成比例,最大变形出现在定转子接触位置;溶胀产生的变形量远高于温胀变形量。对螺杆泵密封特性进行有限元分析,得到定转子间密封带接触应力随温度与过盈量变化规律。结果表明：接触应力随温度和过盈量的增大而增大,油浸时最大接触应力高于水浸。     

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。     

刚性和弹性支撑可倾瓦推力轴承稳态特性分析

建立刚性球头支撑和弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承热弹流耦合模型；在弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承橡胶垫的弹性变形分析中采用了变形协调矩阵方法，以协调匹配橡胶垫变形和水膜厚度分布，同时在搜索稳态解的过程中引入模拟退火算法；基于变分原理求解Reynolds方程，得到了轴承水膜压力分布，并比较2种推力轴承在转子存在角不对中时的静特性。结果表明：理想工况下，刚、弹支可倾瓦推力轴承稳态特性没有明显区别；当转子存在不对中时，刚性球头支撑可倾瓦轴承在不同瓦块之间受力偏载严重，进而导致瓦面最小水膜厚度过小，瓦块容易出现磨损，而弹性支撑瓦不同瓦块之间水膜力分布更均匀，利于轴承的长期可靠运行。