论文摘要
单螺杆泵在油田固井添加剂的输送中起着关键作用,但在实际应用中经常出现的问题是泄漏回流和定子耐磨性较差,为了提高螺杆泵力学性能,研究其运行方式、定子内腔变形和磨损情况具有重要的现实意义。螺杆泵的主要工作部件为转子和定子,其外部型面复杂,运动方式较为特殊。本论文阐述了螺杆泵的基本原理,得到了螺杆泵转子、定子的型线方程和接触密封线的数学表达式,解释了密封腔的形成机理,进而从运动学的角度分析了密封腔的运动情况和转子在定子衬套中的运动规律。在基本原理的基础上,利用三维建模软件SolidWorks对螺杆泵转子和定子进行参数化实体建模,并利用运动学分析软件COSMOSMotion对转子和定子进行了仿真分析,得到了转子在定子衬套中运动时各点的轨迹、位移、速度和加速度曲线。利用有限元分析软件ANSYS对螺杆泵定子进行了结构静力分析和转子与定子之间的接触分析,研究了定子橡胶衬套内轮廓线的变形规律、应力和应变分布情况。研究了均匀内压作用下的情况,再考虑工作压差以及定子与转子的接触所引起定子橡胶的变形和受力的变化。最后,以分析结果为依据,提出了两种改进方案,通过对改进后的螺杆泵定子进行有限元分析,说明了优化后的螺杆泵较改进前在密封性能和耐磨性能上有了较大的提高。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 单螺杆泵的介绍与应用1.2 本课题研究的目的和意义1.3 单螺杆泵的发展及研究现状1.3.1 国外研究状况1.3.2 国内研究状况1.4 本课题研究的主要内容1.4.1 论文的基本研究思路1.4.2 论文的基本研究内容第二章 单螺杆泵的基本原理2.1 引言2.2 单螺杆泵的结构2.3 单螺杆泵的工作原理2.4 螺杆泵的特性2.5 螺杆的型线方程2.6 定子衬套的型线方程2.7 螺杆转子与定子衬套轴向截面曲线的差异2.8 密封曲线方程与密封腔的运动学分析2.8.1 密封腔的形成2.8.2 密封曲线方程2.8.3 密封腔的运动学分析2.9 转子在定子衬套中的运动规律2.9.1 截面中心点的运动分析2.9.2 转子外表面上点的运动分析2.10 本章小结第三章 螺杆泵的运动仿真分析3.1 引言3.2 虚拟样机技术3.3 螺杆泵转子和定子的参数化建模3.3.1 SolidWorks 简介3.3.2 螺杆泵转子参数化建模3.3.3 螺杆泵定子参数化建模3.3.4 缸套、衬套与转子的正确装配3.4 利用COSMOSMotion 进行单螺杆泵运动仿真3.4.1 COSMOSMotion 软件简介3.4.2 仿真运动的实现3.4.3 对螺杆泵仿真结果的分析3.4.3.1 螺杆泵转子外表面上点的运动轨迹分析3.4.3.2 螺杆泵转子上点位移分析3.4.3.3 螺杆泵转子上点的速度分析3.4.3.4 螺杆泵转子截面中心点的加速度分析3.5 本章小结第四章 螺杆泵定子的有限元分析4.1 引言4.2 有限单元法基本理论及发展4.2.1 有限单元法理论4.2.2 有限单元法发展4.2.3 有限单元法常用术语4.2.4 有限元分析基本步骤4.3 ANSYS 软件基本介绍4.3.1 ANSYS 的发展过程4.3.2 ANSYS 软件的主要特点4.3.3 ANSYS 软件的分析步骤4.4 ANSYS 软件在本课题中的应用4.5 螺杆泵有限元分析4.5.1 结构静力分析4.5.1.1 均匀工作压力下定子型线变形规律分析4.5.1.2 非均匀工作压力下定子的位移、应力和应变分布4.5.2 结构非线性分析—转子与定子的接触分析4.5.2.1 接触分析概述4.5.2.2 接触问题分类4.5.2.3 用ANSYS 分析接触问题4.5.2.4 转子与定子的接触分析4.6 本章小节第五章 螺杆泵定子的优化设计5.1 引言5.2 内凸定子螺杆泵5.2.1 结构改进提出的依据5.2.2 改进后定子型线方程5.2.2.1 两内凸圆弧之间距离h 的取值范围5.2.2.2 内凸圆弧的半径r 值与Or点坐标的确定5.2.2.3 内凸定子的端面型线方程5.2.3 内凸定子螺杆泵有限元分析5.2.3.1 内凸定子螺杆泵几何参数的确定5.2.3.2 均匀工作压力下定子的位移、应力和应变分布5.2.3.3 转子与定子的接触分析5.3 等壁厚定子螺杆泵5.3.1 等壁厚定子螺杆泵的提出5.3.2 均匀工作压力下等壁厚定子的位移、应力和应变分布5.3.3 均匀工作压力下定子型线变形规律5.3.4 非均匀工作压力下等壁厚定子的位移、应力和应变分布5.4 本章小节结论与展望参考文献致谢攻读学位期间发表的学术论文目录
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