单螺杆泵螺杆—衬套副型线研究

论文摘要

螺杆泵举升技术发展的时间不长,经过理论研究和实践探索,在举升机理理论分析和配套技术方面取得了一定的进展,但是这种新型的水力机械的特点和潜力还远未被充分认识和利用,还有许多深层次理论问题有待解决,这些问题严重制约了单螺杆泵在采油方面优势的发挥,阻碍了对螺杆泵应用潜力进一步的挖掘。同时,油田开发的实际需要,对螺杆泵举升又提出新的更高的要求。只有对螺杆泵进行深入的应用基础理论研究,才能从根本上解决这些问题。本文主要研究单螺杆泵截面型线,从研究内摆线型单螺杆泵骨线及其等距曲线的形成原理入手,对内摆线型单螺杆泵的等距曲线进行运动分析。重点分析、比较了普通内摆线型单螺杆泵固定接触点在定子等距线转折点和定子内凸中点处接触角的变化,探讨了接触角的大小对螺杆泵使用寿命的影响。研究了内摆线型单螺杆泵转子与定子截面型线的啮合原理,探讨了内摆线型单螺杆泵啮合运动与内摆线骨线形成运动之间的关系,分析了单螺杆泵的固定接触点、流动接触点的运动规律,推导出内摆线型单螺杆泵固定接触点相对滑动速度、流动接触点相对滑动速度的计算公式。研究了变幅系数对螺杆-衬套副型线的影响,结果表明:变幅系数大,则等距曲线容易打扣,导致转折点处磨损很快;而变幅系数小,则定子上流动接触点可到达的区域向定子内凸中点集中,使定子内凸中点处磨损严重。因此,变幅系数的选取原则是在保证定子等距线不打扣的情况下,尽量接近1。根据丁晴橡胶的磨损规律,确定了定子磨损的主要影响因素之一是流动接触点相对滑动速度。得出结论认为:提高流动接触点最小相对滑动速度有利于延长单螺杆泵的使用寿命。单螺杆泵性能评价指标的确定对于单螺杆泵的设计具有很大影响,本文以过流面积、流动接触点最小相对滑动速度、固定接触点最大综合曲率、变幅系数四个指标作为单螺杆泵性能评价指标,研究了单参数变化对它们的影响;给出了普通内摆线和短幅内摆线螺杆-衬套副过流面积、流动接触点最小相对滑动速度、固定接触点最大综合曲率的计算公式;建立了短幅内摆线型单螺杆泵优化设计的数学模型,编制了单螺杆泵优化设计的计算机程序,并得到了综合性能优良的单螺杆泵模型。研究了基于UG的CAD系统二次开发技术,采用UG Open GRIP与VB.Net相结合的方式开发了单螺杆泵CAD系统。应用该系统对螺杆-衬套副进行了参数化建模,进而实现运动仿真和有限元分析。结果表明:采用本文所提出评价指标进行优化设计,得到设计参数应用在螺杆泵的型线设计上,具有明显的优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的工程背景
• 1.1.1 采油螺杆泵的发展概述
• 1.1.2 螺杆泵采油系统组成及应用现状
• 1.1.3 采油螺杆泵的原理及种类
• 1.2 国内外相关领域研究现状及发展趋势
• 1.3 本文研究范围及意义
• 1.4 论文的研究方法及主要工作
• 1.4.1 论文的研究方法
• 1.4.2 论文的主要研究内容
• 第2章 内摆线型单螺杆泵运动分析
• 2.1 内摆线型单螺杆泵骨线的形成
• 2.1.1 摆线的概念
• 2.1.2 普通内摆线定子骨线的形成
• 2.1.3 短幅内摆线转子骨线的形成
• 2.1.4 φ曲线和接触图
• 2.2 内摆线型共轭副等距曲线运动分析
• 2.2.1 普通内摆线型共轭幅的等距线
• 2.2.2 短幅内摆线共轭副的等距线
• 2.2.3 内摆线共轭副等距曲线的运动分析
• 2.3 共轭副相对滑动速度及接触状况分析
• 2.3.1 固定接触点相对滑动速度及接触状况分析
• 2.3.2 流动接触点相对滑动速度及接触状况分析
• 2.4 从平面共轭副到空间共轭螺旋曲面
• 2.4.1 螺旋曲面的形成
• 2.4.2 普通内摆线型螺旋曲面方程
• 2.4.3 短幅内摆线共轭副螺旋曲面方程
• 2.5 本章小结
• 第3章 内摆线型单螺杆泵评价指标及优化设计
• 3.1 单螺杆泵参数的计算
• 3.1.1 普通内摆线型单螺杆泵参数
• 3.1.2 短幅内摆线参数
• 3.2 性能指标的选定及其影响因素
• 3.2.1 性能指标的选定
• 3.2.2 性能指标影响因素
• 3.3 优化设计
• 3.3.1 数学模型的建立
• 3.3.2 优化程序的编制及结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 内摆线型单螺杆泵有限元分析
• 4.1 单螺杆泵CAD 系统的开发
• 4.1.1 系统开发的关键技术
• 4.1.2 螺旋曲面建模的程序流程
• 4.2 单螺杆泵有限元模型求解策略
• 4.2.1 固定接触点的位置及作用力
• 4.2.2 流动接触点的位置及作用力
• 4.3 单螺杆泵有限元分析
• 4.3.1 普通内摆线型单头单螺杆泵
• 4.3.2 普通内摆线型双头单螺杆泵
• 4.3.3 短幅内摆线型双头单螺杆泵
• 4.3.4 优化短幅内摆线型双头单螺杆泵
• 4.3.5 结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 详细摘要