潜油螺杆泵力学特性有限元分析

发布时间：2017-05-15 12:24

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【摘要】：螺杆泵因其在采油工作中具有独特的优势而得到广泛的应用，继而其举升性能、使用寿命的提高成为了国内外研究的重点。但目前为止，还没有有效的方法和手段能够对螺杆泵在实际工作环境下的受力和变形进行测试，所以使用计算机有限元技术进行虚拟建模和数值分析是有意义的尝试。 螺杆泵主要工作部件包括转子和定子，本论文系统地阐述了螺杆泵的基本原理，推导得到螺杆泵转子、定子的型线方程和接触密封线的数学表达式，解释了密封腔的形成机理，进而从运动学的角度分析了密封腔的运动情况和转子在定子衬套中的运动规律。 螺杆泵的转子和定子的型面较为复杂，目前对螺杆泵进行有限元分析的方法中大部分采用平面模型近似代替三维模型，其分析结果存在较大误差。因此，本文选择使用三维软件NX来建立单头螺杆泵的参数化实体模型，通过有限元分析软件ANSYS与NX的接口技术，将模型导入ANSYS软件，并进行选取单元类型、编辑模型材料特性、网格划分、定义载荷等一系列操作，得到了有限元分析模型。再应用ANSYS软件，模拟螺杆泵的工作状态，在定子衬套承受均匀内压和具有工作压差作用的两种情况下，分别对建立的三种螺杆泵定子模型进行了力学特性分析，得出了螺杆泵定子的位移、合应力及剪应力的分布规律。 最后，，本文针对单螺杆泵定子的三种不同模型的合位移量、等效应力以及剪应力云图分布规律进行了对比分析，发现用平面模型代替三维模型，虽然简化了分析过程，降低了分析难度，但是无法保证分析精度。应用三种不同模型进行有限元分析的差异表明三维实体模型的分析结果更加接近于真实情况，从而佐证了应用三维实体模型进行有限元分析的必要性。本文的研究成果对提升螺杆泵的工作性能奠定了基础。
【关键词】：螺杆泵 定子 三维模型 有限元分析 力学特性
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH327
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 引言10-13
• 1.1.1 螺杆泵10-11
• 1.1.2 潜油螺杆泵采油系统11-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国内研究状况13-14
• 1.2.2 国外研究状况14-16
• 1.3 本文研究的目的意义及主要内容16-17
• 1.3.1 目的意义16
• 1.3.2 主要内容16-17
• 第二章 螺杆泵工作原理及运动学分析17-32
• 2.1 螺杆泵结构17-18
• 2.2 螺杆泵工作原理18-19
• 2.3 螺杆泵几何模型19-24
• 2.3.1 螺杆的型线方程19-21
• 2.3.2 定子衬套的型线方程21-24
• 2.4 螺杆泵运动学分析24-31
• 2.4.1 转子在定子衬套中的运动规律24-27
• 2.4.2 密封曲线方程与密封腔的运动学分析27-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 单螺杆泵有限元模型的建立32-62
• 3.1 有限单元法理论32
• 3.2 线弹性静力学分析32-37
• 3.2.1 静力学分析概述32-33
• 3.2.2 线弹性静力学分析基本理论33-37
• 3.3 非线性分析37-49
• 3.3.1 几何非线性37-40
• 3.3.2 材料非线性40-49
• 3.4 ANSYS 软件简介及其应用49-61
• 3.4.1 ANSYS 软件简介49-50
• 3.4.2 ANSYS 软件在本文中的应用50-61
• 3.5 本章小结61-62
• 第四章 均匀压力下定子的结构静力分析62-69
• 4.1 三维模型与平面模型位移量对比62-63
• 4.2 三维模型与平面模型合应力对比63-65
• 4.3 三维模型与平面模型 XY 方向剪应力对比65-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第五章 非均匀压力下定子结构静力分析69-76
• 5.1 三维模型与平面模型位移量对比69-70
• 5.2 三维模型与平面模型合应力对比70-72
• 5.3 三维模型与平面模型 XY 方向剪应力对比72-74
• 5.4 本章小结74-76
• 第六章 结论76-77
• 参考文献77-79
• 在学研究成果79-80
• 致谢80

【共引文献】

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1 臧少锋;钱才富;;超大型真空容器非线性稳定分析[J];北京化工大学学报(自然科学版);2009年05期

2 王庆峰;何立东;;基于有限元法的回转式空气预热器波纹式弹性密封结构的优化设计[J];北京化工大学学报(自然科学版);2011年02期

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6 张小文;闫廷来;孙友贾;;有限元在波纹管稳定性分析中的应用[J];材料开发与应用;2011年04期

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8 郝娇;郭

本文编号：367794