间隙自补偿柱塞泵的研制

论文摘要

本文通过对抽油泵采油技术的调研,分析了国内外抽油泵的应用现状及发展方向。针对常规抽油泵应用时存在的不适应性入手,以降低柱塞与泵筒之间的摩阻、减少柱塞与泵筒的间隙漏失量、降低抽油泵成本和检泵作业费用为目的,研制了一种采用非金属弹性材料作为抽油泵柱塞弹性元件的间隙自补偿柱塞泵。文中阐述了间隙自补偿柱塞泵的结构及工作原理,利用非线性有限元理论建立了抽油泵柱塞弹性元件的静力学模型,采用ANSYS有限元分析软件对弹性元件的结构进行了优化设计。对抽油泵柱塞上的弹性元件材料进行了综合性能测试,并在实验室进行了材料的摩擦磨损性能研究。分析了间隙自补偿柱塞泵工作特性,并对间隙自补偿柱塞泵柱塞与泵筒之间的摩阻和漏失量进行了室内测试研究。模拟试验表明:间隙自补偿柱塞泵作为一种新型的节能抽油泵,其原理可行;上冲程,柱塞上的弹性元件在被提升的液体压力作用下产生径向变形,减小柱塞与泵筒的间隙,最小间隙达到一级泵或二级泵的间隙。下冲程,弹性元件恢复原尺寸,柱塞与泵筒之间的间隙增大,从而实现上冲程减小泵漏失量,提高泵效,下冲程降低了柱塞与泵筒之间的摩阻。本文所研究的间隙自补偿柱塞泵,上冲程依靠柱塞内外压力差使柱塞弹性元件膨胀,实现柱塞与泵筒之间的最小间隙,泵效高。柱塞弹性元件采用先进的高分子合金弹性材料,不易卡泵,摩擦系数低,耐磨性好。检泵作业时只需更换新的弹性元件,降低了抽油泵成本,减少了抽油泵检泵作业费用。这是理论研究和工艺方法的创新,这些创新都是前人所没有研究和尝试的,是本文的一大显著特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 引言
• 第1章 概述
• 1.1 抽油泵简介
• 1.2 国内外抽油泵技术发展水平及发展方向
• 1.2.1 国内外抽油泵技术现状及发展方向
• 1.2.2 常规金属柱塞抽油泵存在的问题
• 1.3 新型抽油泵及应用情况
• 1.3.1 大流道抽油泵
• 1.3.2 低磨阻抽油泵
• 1.3.3 弹性密封短活塞抽油泵
• 1.3.4 组合柱塞防卡抽油泵
• 1.3.5 机械自封式柱塞泵
• 1.4 本课题研究的意义及研究内容
• 1.4.1 本课题研究的意义
• 1.4.2 本课题研究的对象及内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 间隙自补偿柱塞泵的研制
• 2.1 结构和工作原理
• 2.1.1 间隙自补偿柱塞泵工作原理
• 2.1.2 间隙自补偿柱塞泵特点
• 2.2 间隙自补偿柱塞泵主要部件设计
• 2.2.1 间隙自补偿柱塞泵中心管设计
• 2.2.2 可捞式固定凡尔和固定阀打捞器设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 抽油泵弹性元件有限元分析及结构优化设计
• 3.1 有限单元法简介
• 3.2 有限元法结构非线性分析
• 3.2.1 有限元法结构非线性分析概述
• 3.2.2 有限元法结构非线性分析的基本理论
• 3.2.3 ANSYS 非线性静态分析步骤
• 3.3 接触分析
• 3.3.1 一般的接触分类
• 3.3.2 ANSYS 接触能力
• 3.4 抽油泵弹性元件结构优化设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 间隙自补偿柱塞泵弹性元件材料的研究
• 4.1 高分子合金材料简介
• 4.2 弹性元件材料摩擦磨损性能研究
• 4.3 弹性元件材料综合性能测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 间隙自补偿柱塞泵特性研究
• 5.1 间隙自补偿柱塞泵水力学分析
• 5.1.1 泵的缝隙流动
• 5.1.2 缝隙流的流量
• 5.1.3 抽油泵柱塞与泵筒间摩擦阻力的计算
• 5.2 柱塞泵柱塞与泵筒间摩擦阻力测试试验研究
• 5.2.1 抽油泵柱塞与泵筒受力分析
• 5.2.2 常规抽油泵和间隙自补偿抽油泵的柱塞与泵筒摩擦阻力试验
• 5.3 柱塞泵柱塞与泵筒间隙漏失量测试试验研究
• 5.4 试验数据总结分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要