Ω型雙螺桿泵主軸疲勞分析與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、雙螺桿泵具有流量穩(wěn)定、壓力平穩(wěn)、自吸能力強、效率高及穩(wěn)定性強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于石油化工、航運、污水處理等行業(yè)。但由于輸送介質(zhì)、工作環(huán)境等復雜多變，螺桿泵易發(fā)生疲勞破壞，因此，對雙螺桿泵主軸疲勞強度的分析研究具有重要意義。本文以某采油儲運系統(tǒng)使用的Ω型雙螺桿泵設(shè)計為應(yīng)用背景，分析了雙螺桿泵在額定工況下運行時轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的工作特性，建立了主軸載荷模型;通過試驗測試，獲得主軸材料疲勞壽命曲線，據(jù)此進行了主軸的疲勞分析;并以提高可靠性為目標對雙螺桿

2、泵主軸結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。
　　本研究建立了典型螺桿轉(zhuǎn)子端面型線方程和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)三維模型，進行了轉(zhuǎn)子動平衡優(yōu)化設(shè)計;運用FLUENT分析了雙螺桿泵在額定工況下流道內(nèi)的壓力分布規(guī)律，為雙螺桿泵主軸載荷預測提供數(shù)據(jù)支持?？紤]自身重力、齒輪傳動、介質(zhì)壓力、縫隙回流等因素，建立了雙螺桿泵主軸軸向力和徑向力的載荷模型，為雙螺桿泵主軸疲勞分析和優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。進行了螺桿泵主軸常用材料05Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼的疲勞拉伸試驗，分析獲得了

3、該材料的疲勞特性曲線;在此基礎(chǔ)上，考慮應(yīng)力集中和平均應(yīng)力修正等因素，利用ANSYS Workbench軟件分析了以該不銹鋼作為主軸材料的雙螺桿泵在某采油儲運系統(tǒng)中使用的疲勞壽命滿足要求。但基于疲勞可靠性設(shè)計理論分析表明，主軸疲勞可靠度僅為0.8643。為解決主軸疲勞可靠度較低的問題，基于響應(yīng)面法和有限元分析，以主軸直徑、倒角度數(shù)和動力端軸伸長度為優(yōu)化變量，各變量的極限值和主軸法向最大變形為約束條件，主軸危險截面承受的等效交變應(yīng)力最小為優(yōu)