等壁厚单螺杆泵接触分析与优化设计研究

发布时间：2020-05-23 01:31

【摘要】：随着我国采油行业的发展和深入,相比于传统采油系统出现的密封失效、抽油杆脱落、杆管偏磨等失效情况,具有井下驱动、无杆抽油等综合优点的潜油直驱螺杆泵采油系统日益受到重视。本文在对潜油直驱螺杆泵采油系统进行结构设计和参数计算的基础上,对其关键部件等壁厚单螺杆泵进行接触分析和优化设计研究,具体研究方法和成果有以下几点:(1)运用Creo3.0软件,通过采用自顶向下设计方法对潜油直驱螺杆泵采油系统进行三维实体建模,并将Mathcad与Creo进行无缝连接,实现采油系统结构尺寸和设计参数的传递与共享,实现结构模型的自动更新和修正,提高了设计效率。(2)基于定子橡胶材料的拉伸试验,对等壁厚单螺杆泵进行均匀压力、压差、温度和摩擦系数4种工况下的接触分析,并综合评价接触分析结果的变化规律。通过分析结果可知:不同工况对螺杆泵接触性能的影响规律不同。对等壁厚单螺杆泵进行过盈量、偏心距、定子橡胶厚度3组结构参数的接触分析,通过分析结果可知,过盈量对泵的接触密封性影响最大,定子厚度次之,偏心距影响最小。(3)将多目标优化技术与响应面法相结合,对等壁厚单螺杆泵进行响应面多目标结构参数优化分析。建立了以定子总变形量最大值、接触压力最大值和等效应力最大值为目标函数的3组二次多项式响应面拟合模型,拟合模型回归分析结果精度均在90%以上,具有较好的拟合性和预测性。对等壁厚单螺杆泵的设计变量和优化目标进行灵敏度分析和3D响应面分析,分析结果与有限元接触分析结果一致。通过响应面多目标优化设计,共得到3组等壁厚单螺杆泵结构参数优化解,3组优化解均较好的减小了泵定子压缩总变形量和等效应力值,且保持接触压力最大值大于泵体压差。优化结果均提升了等壁厚单螺杆泵的接触密封性能,同时减小了泵的体积与质量。该研究结果为等壁厚单螺杆泵进行优化设计提供了理论指导,具有一定的工程应用价值。(4)基于Pump Linx软件,对优化前后的4组等壁厚单螺杆泵进行流体力学特性分析,分析结果表明:优化后的等壁厚单螺杆泵腔体压差提升,泵举升能力有所提高;同时流体流速略有降低,定子所受冲击力减小,啮合处流体流动稳定性增加。
【图文】：

图１－１地面驱动螺杆泵、井下驱动潜油螺杆泵采油系统逡逑现有潜油螺杆泵采油系统为了达到减速和增大扭矩的目的，一般采用了行星齿轮机逡逑构，但同时也降低了机械效率，并带来一系列问题

图１－２潜油直驱螺杆泵地面及井下部分逡逑
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE933.3

【参考文献】

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本文编号：2676918