双头螺杆泵螺杆—衬套副的力学特性和线型研究

论文摘要

单头螺杆泵以其运动部件少、排量均匀、适应性强等优点在油田现场得到广泛的应用。双头螺杆泵与单头螺杆泵相比具有排量大、效率高、能耗低、转子受力状况良好等优点,在国际上得到逐步地推广应用。而在国内双头螺杆泵应用较少,相关的理论研究也很少。因此,对双头螺杆泵进行深入的理论研究具有十分重要的现实意义和应用价值。本文从螺杆泵线型理论分析入手,根据满足理论密封性的共轭线型骨线方程,参照油田上广泛应用的GLB1200-14型螺杆泵的结构参数,利用SolidWorks软件建立了普通内摆线型双头螺杆泵实体模型。将实体模型导入ANSYS软件中,选取单元类型、定义材料性能参数、划分网格、加载进而生成限元分析模型。针对该模型进行非线性接触有限元计算,得出了双头螺杆泵定子的接触应力、剪应力、剪应变和等效应力的分布规律。分别改变过盈量、工作压力、工作压差等参数,得到各种工况下的接触应力、剪应力、剪应变以及等效应力的分布规律。将以上各个工况下的螺杆泵定子接触应力、剪应力、剪应变以及等效应力分布规律进行对比分析,得到各个参数对分布规律的影响。建立短幅内摆线型双头螺杆泵实体模型和有限元模型,进行有限元分析,结果表明,接触应力、剪应力、剪应变和等效应力的分布规律和普通内摆线型双头螺杆泵的分布规律完全一致,且短幅内摆线型螺杆泵受力状况要优于普通内摆线型螺杆泵。利用运动学分析软件COSMOSMotion对普通内摆线型双头螺杆泵进行运动分析,得出了速度,加速度以及相对滑动速度的变化规律。对短幅内摆线型双头螺杆泵进行相对滑动速度分析,结果表明,相同条件下,短幅内摆线型双头螺杆泵的相对滑动速度比普通内摆线型双头螺杆泵的相对滑动速度要小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 采油螺杆泵发展概述
• 1.2 双头螺杆泵的优点
• 1.3 双头螺杆泵应用及研究现状
• 1.4 本文的研究内容和研究方法
• 第二章 螺杆泵的线型理论
• 2.1 双头螺杆泵的啮合原理
• 2.2 螺杆泵线型理论及设计方法
• 2.2.1 螺杆泵线型理论
• 2.2.2 螺杆泵线型的设计方法
• 2.3 螺杆泵线型分析
• 2.3.1 普通内摆线等距线型
• 2.3.2 短幅内摆线等距线型
• 2.4 小结
• 第三章 双头螺杆泵的建模及有限元分析
• 3.1 普通内摆线型双头螺杆泵实体模型的建立
• 3.1.1 转子模型的建立
• 3.1.2 定子模型的建立
• 3.1.3 转子与定子模型的装配
• 3.2 基于ANSYS 非线性有限元理论
• 3.2.1 材料非线性
• 3.2.2 几何非线性
• 3.2.3 接触非线性
• 3.3 有限元模型的建立
• 3.3.1 实体模型的导入
• 3.3.2 单元类型的选取及网格划分
• 3.3.3 定义材料性能参数
• 3.3.4 加载并生成有限元分析模型
• 3.4 有限元计算结果及分析
• 3.4.1 转子与定子间的接触应力
• 3.4.2 定子的剪应力及剪应变
• 3.4.3 定子的等效应力
• 3.5 影响应力因素的综合分析
• 3.5.1 过盈量对应力的影响
• 3.5.2 工作压力对应力的影响
• 3.5.3 工作压差对应力的影响
• 3.6 短幅内摆线型双头螺杆泵应力分析
• 3.6.1 接触应力分析
• 3.6.2 定子的剪应力及剪应变
• 3.6.3 定子的等效应力
• 3.7 小结
• 第四章 双头螺杆泵的运动仿真分析
• 4.1 COSMOSMotion 软件简介
• 4.2 转子运动的模拟
• 4.3 转子型线各点的运动轨迹
• 4.4 转子型线各点的速度和加速度分析
• 4.5 定、转子型线接触点的相对滑动速度分析
• 4.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要