潜油螺杆泵采油系统中阶梯轴承的有限元分析

论文摘要

随着潜油螺杆泵采油技术在原油开采中的应用日益广泛,该技术已经成为原油开采领域的研究热点,吸引了越来越多的研究人员对其进行研究和改进。潜油螺杆泵系统主要由潜油电机、减速器、联轴体、螺杆泵、变频器以及保护器等六大部分组成。其中联轴体中的推力轴承是决定潜油螺杆泵采油系统使用寿命的关键部件。为了提高潜油螺杆泵机组的整体经济效益,需要在下潜深度、抽汲原油粘度等因素约束以及在苛刻的径向尺寸限制下,尽可能提高轴承的抗高温承载能力和提高轴承的使用寿命。本文分析了前期生产应用中轴承的破损原因,从结构上对联轴节的核心运动副——轴承提出几种不同的改进设计方案。并应用ANSYS有限元分析软件对不同方案进行了整体静力学有限元分析。本文首先概述了潜油螺杆泵采油系统的国内外发展现状,分析了潜油螺杆泵中推力轴承的作用以及使用寿命短的原因,介绍了有限元软件的基本原理和相关知识。在上述分析的基础上,本文提出将原有轴承结构改进为阶梯轴承结构,提高推力轴承的使用寿命。采用ANSYS有限元分析软件,在120℃的温度场中,对原结构的单个轴承和改进后的阶梯轴承进行结构分析、力学分析和静力学的有限元分析计算,得出单个轴承和阶梯轴承的应力应变分布情况和结构的变形量。其次分析了轴承的滚珠尺寸和数目与推力轴承所能承受的最大轴向载荷的关系,得出了最优的轴承滚珠尺寸和数目。通过本文的研究分析,为今后潜油螺杆泵采油系统中轴承的分析和改进设计做了强有力的理论储备,也提供了丰富的数据资料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 潜油螺杆泵采油系统的组成及特点
• 1.1.2 潜油螺杆泵采油系统存在的问题
• 1.2 国内外潜油螺杆泵采油技术发展现状
• 1.2.1 国外潜油螺杆泵采油技术发展现状
• 1.2.2 国内潜油螺杆泵采油技术发展现状
• 1.3 潜油螺杆泵采油技术中推力轴承的作用及其存在的问题
• 1.4 课题研究的意义与目的
• 1.5 课题的主要研究内容
• 第二章 有限元法的基本理论及分析软件
• 2.1 有限元分析的弹性力学基本理论
• 2.2 有限元法基本理论
• 2.3 有限元分析软件
• 2.3.1 常用有限元软件简介
• 2.3.2 ANSYS软件的基本功能
• 2.3.3 ANSYS软件的二次开发技术
• 第三章 结构分析及有限元模型建立
• 3.1 推力球轴承简介
• 3.2 结构模型简述
• 3.3 有限元模型简述
• 3.3.1 全局坐标系定义
• 3.3.2 单位设定
• 3.3.3 单元选择及材料属性
• 3.3.4 结构简化及单元网格划分
• 3.4 有限元模型建立
• 3.4.1 单个推力球轴承有限元模型
• 3.4.2 阶梯轴承有限元模型
• 第四章 阶梯轴承的静力学特性分析
• 4.1 单个轴承的分析
• 4.1.1 有限元接触分析
• 4.1.2 推力球轴承负载分布
• 4.2 单个推力球轴承的有限元分析
• 4.2.1 定义单元类型及材料属性
• 4.2.2 建立模型
• 4.2.3 网格划分
• 4.2.4 创建接触对
• 4.2.5 定义节点数
• 4.2.6 施加约束、求解选项设定并求解
• 4.2.7 后处理设置
• 4.2.8 计算结果
• 4.3 阶梯轴承的分析
• 4.3.1 阶梯轴承的力学分析
• 4.3.2 阶梯轴承的有限元分析
• 4.3.3 计算结果
• 4.4 比较分析
• 第五章 轴承的设计及有限元分析
• 5.1 轴承的设计
• 5.2 推力球轴承有限元接触分析
• 5.3 计算结果与比较分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢