油浸条件下螺杆泵定子橡胶疲劳寿命研究

发布时间：2018-02-28 20:33

  本文关键词： 油浸 螺杆泵 裂纹扩展 疲劳寿命 预测模型　出处：《东北石油大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：采油螺杆泵一般应用于浅井,并且有较短的寿命,提高螺杆泵的使用寿命一直是一个亟待解决的问题。通过现场调研,定子橡胶的疲劳是导致螺杆泵失效的重要原因之一。目前,主要使用疲劳试验的方法来测试橡胶产品的疲劳寿命,但这种方法成本高,周期长,所以很难测试各种橡胶产品的疲劳寿命。目前国内很少研究螺杆泵定子的疲劳性能,特别是油浸条件下螺杆泵定子橡胶的疲劳性能。为了使螺杆泵定子橡胶的疲劳寿命符合油田环境,选用断裂力学理论和数值模拟理论对螺杆泵的疲劳寿命进行了研究。建立了油浸条件下的螺杆泵定子橡胶疲劳寿命的预测模型,对螺杆泵疲劳寿命的研究具有重大意义。进行在不同温度下油浸与非油浸条件下的单轴拉伸与平面剪切试验,得到了不同温度下油浸与非油浸条件下的应力应变曲线,揭示了不同温度下油浸与非油浸状态下应力应变关系随着温度的变化趋势。基于试验数据,利用ABAQUS软件对两种典型的本构模型进行的拟合对比分析,对拟合效果好的本构模型进行温度、油浸条件的修正,确定一个与温度、油浸相关的螺杆泵的定子橡胶材料的本构模型。基于以上修正得到的与温度油浸相关的螺杆泵定子橡胶材料的本构模型对螺杆泵进行力学特性分析,分析了接触应力、等效应力及应变的分布规律,确立了螺杆泵定子橡胶的疲劳危险截面。根据上述理论,开展了常温条件下不同预制切口的油浸与非油浸条件下的橡胶试件的疲劳试验,获得了常温条件下油浸与非油浸介质下在不同预制切口时的疲劳寿命曲线,建立了常温油浸与非油浸介质下的螺杆泵定子橡胶疲劳寿命预测模型。根据螺杆泵力学特性分析结果,确定螺杆泵定子橡胶的应变能释放率范围,再基于常温条件下油浸与非油浸介质下的螺杆泵定子橡胶疲劳寿命的预测模型,对常温状态下油浸与非油浸介质下的螺杆泵定子橡胶的疲劳寿命进行预测,结果表明,在常温条件下,螺杆泵经油浸后寿命明显降低。
[Abstract]:Oil recovery screw pump is generally used in shallow wells and has a short life. It is always an urgent problem to improve the service life of screw pump. The fatigue of stator rubber is one of the important reasons leading to the failure of screw pump. At present, the fatigue test method is mainly used to test the fatigue life of rubber products, but this method has high cost and long period. Therefore, it is difficult to test the fatigue life of various rubber products. At present, the fatigue performance of screw pump stator is seldom studied in China. In particular, the fatigue performance of stator rubber of screw pump under oil immersion condition. In order to make the fatigue life of stator rubber of screw pump conform to oil field environment, The fatigue life of screw pump was studied by using fracture mechanics theory and numerical simulation theory. The prediction model of rubber fatigue life of screw pump stator under oil immersion was established. It is of great significance to study the fatigue life of screw pump. The uniaxial tensile and plane shear tests under oil immersion and non-oil immersion at different temperatures are carried out, and the stress-strain curves under oil immersion and non-oil immersion at different temperatures are obtained. The variation trend of stress-strain relationship between oil and non-oil immersion at different temperatures was revealed. Based on the experimental data, two typical constitutive models were simulated and analyzed by ABAQUS software. By modifying the temperature and oil immersion conditions of the constitutive model with good fitting effect, we can determine the relationship between the temperature and the temperature. The constitutive model of the stator rubber material of the oil-immersed screw pump. Based on the modified constitutive model of the rubber material of the stator of the screw pump related to temperature oil immersion, the mechanical properties of the screw pump are analyzed, and the contact stress is analyzed. The fatigue dangerous cross section of screw pump stator rubber was established by the distribution of equivalent stress and strain. According to the above theory, the fatigue tests of rubber specimens with different prefabricated notches under normal temperature and non-oil immersion conditions were carried out. The fatigue life curves of different prefabricated notches in oil-immersed and non-oil-immersed medium at room temperature were obtained. The prediction model of fatigue life of stator rubber of screw pump under normal temperature oil immersion and non-oil immersion medium is established. According to the analysis results of mechanical characteristics of screw pump, the range of strain energy release rate of stator rubber of screw pump is determined. Based on the prediction model of stator rubber fatigue life in oil-immersed and non-oil-immersed medium at room temperature, the fatigue life of stator rubber in oil-immersed and non-oil-immersed medium is predicted. Under the condition of room temperature, the life of screw pump after oil immersion is obviously reduced.
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE933.3;TQ336.5

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本文编号：1548847