磨损过程中螺杆泵定子橡胶预制裂纹扩展机理研究

发布时间：2019-07-11 09:09

【摘要】：橡胶材料因其优异的耐油和耐磨性能广泛应用于石油开采中。由橡胶定子和金属转子组成的螺杆泵更是在稠油含砂井的开采中发挥着至关重要的作用。通过对螺杆泵定子的失效分析,发现其损伤的主要原因为疲劳磨损。当疲劳裂纹在表面萌生后,裂纹的扩展速率和扩展方向将直接决定着橡胶定子的使用寿命。现阶段人们对这方面的研究主要集中在拉压或剪切作用下的试验研究和理论分析中,很少有人对磨损过程中的裂纹扩展机理进行研究。为此,本文首先利用ANSYS有限元软件对不同裂纹角度的橡胶试样进行拉伸作用下的裂纹扩展研究,并对预制不同裂纹角度的橡胶试样进行拉伸试验,验证有限元分析结果的正确性。其次利用往复式磨损试验机对不同裂纹角度的丁腈橡胶试样进行磨损试验,观察磨损过程中裂纹的扩展路径;利用ANSYS有限元软件建立磨损模型,计算预制不同角度裂纹丁腈橡胶试样在磨损条件下裂纹尖端的应力数值大小,并与磨损试验结果进行对比。最后对螺杆泵定子橡胶进行有限元分析,提取危险单元的等效应力和应变数值,结合断裂力学理论公式计算危险单元的寿命,预测螺杆泵的使用寿命。结果表明:不同预制裂纹角度的橡胶试样拉伸断裂过程中裂纹的扩展路径都发生了一定角度的偏转,最终裂纹的扩展方向始终是沿着垂直于载荷的方向扩展。随着预制裂纹角度的增大,橡胶试样裂纹尖端在拉伸作用下应力值都逐渐增大,即大角度裂纹最易发生裂纹扩展。磨损过程中,小角度裂纹由于受到剪切力的作用,更容易发生裂纹的翻折和卷曲。裂纹扩展路径都是首先沿着初始预制裂纹角度的方向扩展,随后裂纹扩展路径发生改变沿着水平方向进入快速扩展阶段,最后偏转一定的角度后成舌状物卷曲断裂。最后对螺杆泵定子橡胶进行有限元分析,发现危险单元主要分布在螺杆泵定子齿凹与转子的接触表面,最大等效应力远小于橡胶的拉伸强度,定子橡胶的预测寿命小于实际寿命。本论文的研究不仅推动了橡胶磨损裂纹扩展机理的发展,也对提高实际工况下橡胶的使用性能和疲劳寿命研究具有实际意义。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE933.3;TQ336.5

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张寒峭;螺杆泵及新型组件的新进展[J];石油机械;2005年11期

2 熊建新;陈次昌;魏存祥;;金属螺杆泵特性研究[J];石油矿场机械;2008年07期

3 王亚华;;新型螺杆泵锁定系统[J];石油工业计算机应用;2009年01期

4 何艳;;螺杆泵定子受力及变形规律分析[J];油气田地面工程;2009年08期

5 刘成林;郑军;王世杰;孙浩;;多头螺杆泵几何建模方法研究[J];机械设计与制造;2009年10期

6 ;全金属螺杆泵密封紧密寿命更长[J];青海石油;2010年02期

7 韩国有;赵毅;杜秀华;;采油螺杆泵三维有限元模型分析[J];大庆石油学院学报;2010年05期

8 黄莉萍;;单、双螺杆泵的对比及应用[J];当代化工;2012年01期

9 高圣平;操建平;孟庆昆;王向东;胡贵;;我国螺杆泵标准化现状与国际标准化探讨[J];石油工业技术监督;2012年07期

10 关崇峰;;潜油直驱螺杆泵在萨北油田的应用[J];中国石油和化工标准与质量;2013年12期

相关会议论文 前5条

1 陈杰;师国臣;刘合;吴恒安;;等壁厚螺杆泵流固耦合数值模拟研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

2 张成俊;;浅析螺杆泵的选型[A];中国爆破新技术Ⅱ[C];2008年

3 王东;郑春生;丛恒利;孟凡虎;;新型直驱式螺杆泵抽油机驱动装置[A];山东省石油学会油田电力、通信及自动化技术研讨会优秀工程技术论文集[C];2009年

4 李兴科;王晓敏;金奇光;刘伟;;对吉林油田浅层定向井螺杆泵举升设计的探讨[A];“振兴吉林老工业基地——科技工作者的历史责任”吉林省第三届科学技术学术年会论文集（上册）[C];2004年

5 侯海周;胡毅亭;张馥硕;张艳平;;乳化炸药螺杆泵定子加速寿命试验研究[A];中国职业安全健康协会2009年学术年会论文集[C];2009年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 徐春静;力神泵业公司 螺杆泵跻身全国“甲等”[N];大庆日报;2010年

2 马小伟 李志永;胜利现河大排量螺杆泵增油显著[N];中国石化报;2004年

3 本报记者 宋杰;螺杆泵 能带来多少效益[N];中国石油报;2003年

4 记者　王志田 通讯员　王涛;大庆螺杆泵出口额超700万元[N];中国石油报;2006年

5 黄海涛;大庆采油四厂四矿直驱螺杆泵技术获成功[N];中国石油报;2007年

6 记者 王志田 通讯员 王涛;大庆采研院完成赴哈螺杆泵售后服务[N];中国石油报;2007年

7 刘祥飞邋通讯员 李丹;“双转”螺杆泵为节能降耗立大功[N];中国石油报;2007年

8 苏晓梅 关飞 祁小龙;瑞德螺杆泵：在1%的领域中做专家[N];天津日报;2006年

9 记者 王志田邋通讯员 王涛;大庆螺杆泵“落户”哈国油田[N];中国石油报;2007年

10 记者 王志田邋通讯员 王涛;大庆螺杆泵进入哈德油田[N];中国石油报;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈朋;磨损过程中螺杆泵定子橡胶预制裂纹扩展机理研究[D];沈阳工业大学;2017年

2 高春月;螺杆泵啮合原理与专用刀具设计技术研究[D];沈阳工业大学;2017年

3 宋超;135型螺杆泵螺杆的设计过程及力学性能研究[D];南京林业大学;2005年

4 余志永;船陆用大排量双螺杆泵传动部分的分析及优化[D];天津理工大学;2013年

5 王学刚;中高压纯水双螺杆泵设计理论与仿真研究[D];重庆大学;2014年

6 李章平;精密点胶螺杆泵胶液流动规律研究[D];中南大学;2006年

7 王飞翔;乳化炸药用螺杆泵的安全性研究[D];南京理工大学;2010年

8 毛玉兵;螺杆泵试验台的检测与控制系统研究[D];南京林业大学;2010年

9 江朋;粘度和间隙对精密螺杆泵点胶胶量影响规律研究[D];中南大学;2008年

10 赵巧兰;双螺杆泵的型线优化及其性能研究[D];天津理工大学;2014年

，

本文编号：2513043