兩種線型三頭單螺桿泵數(shù)值模擬與工作特性對(duì)比研究.pdf

1、潛油螺桿泵在油田固定井的輸送中起著關(guān)鍵作用，是作為石油行業(yè)中有效開采井下稠油的專用設(shè)備，應(yīng)用范圍廣，工作效率高。但在實(shí)際油田應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)泄漏回流、定子變形、脫膠失效等嚴(yán)重影響泵工作壽命的現(xiàn)象，降低了泵的工作效率及采油量。為了提高螺桿泵力學(xué)性能，以采油量和定子壽命為目標(biāo)研究其線型輪廓、運(yùn)行方式、定子內(nèi)腔變形和磨損情況以及定轉(zhuǎn)子組成的密封腔內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)對(duì)定子的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 潛油螺桿泵的主要工作部件為轉(zhuǎn)子和定子，其

2、定、轉(zhuǎn)子型面復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)方式較為特殊。本論文在考慮增加流量和提高使用壽命的前提下，在沿用前人等壁厚定子、空心轉(zhuǎn)子技術(shù)的基礎(chǔ)上選用短幅內(nèi)擺線外等距曲線和短幅外擺線內(nèi)等距曲線兩種線型等壁厚定子空心轉(zhuǎn)子三頭單螺桿泵作為研究對(duì)象，三頭單螺桿泵具有排量大、效率高、能耗低、轉(zhuǎn)子受力狀況好等優(yōu)點(diǎn)，在國際上得到逐步的推廣。本文闡述了三頭單螺桿泵端面線型的成型原理，得到了螺桿泵轉(zhuǎn)子、定子的型線方程，闡述了密封腔的形成機(jī)理，進(jìn)而從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度分析了轉(zhuǎn)子在定子

3、襯套中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及密封腔中的流體的運(yùn)動(dòng)情況。
　　 在基本原理的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值分析軟件Matlab對(duì)螺桿泵端面線型進(jìn)行了分析與繪制，針對(duì)短幅內(nèi)擺線和短幅外擺線兩種線型三頭單螺桿泵的過流面積、變幅系數(shù)以及滑速進(jìn)行了對(duì)比分析，得出過流面積A與滑速v均同變幅系數(shù)k成正比關(guān)系，隨著過流面積的增大所需的滑速也逐漸增加；利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)螺桿泵定子橡膠進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力分析和轉(zhuǎn)、定子之間的接觸分析，以及定子橡膠溫度場分析，來研究

4、定子橡膠內(nèi)輪廓線的變形規(guī)律、應(yīng)力和應(yīng)變分布情況。分別對(duì)在均勻內(nèi)壓作用下和考慮工作壓差以及定轉(zhuǎn)子的接觸所引起定子橡膠的變形和受力的變化進(jìn)行了研究。利用三維建模軟件Pro/E對(duì)螺桿泵轉(zhuǎn)子和定子進(jìn)行參數(shù)化實(shí)體建模，在壓力作用下分析了密封腔和轉(zhuǎn)子內(nèi)腔流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和受力。最后，以分析結(jié)果為依據(jù)，提出了在勻壓、過盈及壓差存在的條件下，短幅內(nèi)擺線外等距曲線三頭單螺桿泵各項(xiàng)性能參數(shù)均優(yōu)于短幅外擺線內(nèi)等距曲線三頭單螺桿泵，表明短幅內(nèi)擺線三頭單螺桿泵在油