單螺桿泵轉子和定子的革新SCT輸送技術

為了提高雙頭單螺桿泵的工作效率和使用壽命,研究了結構參數(shù)對其工作效率及使用壽命的影響。基于橡膠mooney-rivlin雙參數(shù)模型理論,考慮橡膠襯套材料具有非線性變形特性、內壓及轉子慣性對橡膠襯套的作用,建立了雙頭單螺桿泵一個導程的定轉子三維嚙合模型,分析了過盈量、偏心距對螺桿泵定子襯套應力和摩擦阻力矩的影響。數(shù)值模擬結果顯示,偏心距選擇7.5mm時,過盈量由0.2mm增加到0.6mm,螺桿泵摩擦阻力矩從88.52n·m增大到466.51n·m,襯套應力峰值由1.4mpa增加到1.8mpa;而過盈量取0.4mm時,偏心距由7.3mm增大到7.5mm,摩擦阻力矩從240.00n·m僅增加到264.77n·m,襯套應力峰值由1.28mpa增加到1.62mpa。這表明,合理搭配過盈量和偏心距可以提高螺桿泵的工作效率和使用壽命,為螺桿泵設計及結構參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

單螺桿泵已經在許多勘探隊推廣使用,從使用情況看,它比往復式泥漿泵有明顯的優(yōu)點.雖然不少單位已經制造和使用了單螺桿泵,但對它的基本構造原理仍普遍理解不深,所以難免有不同的看法.關鍵在于對單螺桿泵的定子與轉子的形狀和配合有些誤解.例如,有的單位將定子從中心縱向切開,然后將轉子放入,發(fā)現(xiàn)二者并非處處相吻

針對采油單螺桿泵轉子的數(shù)控加工，求解出了轉子的法截面廓型坐標，提出了一種從轉子法截面進行插補計算的新型加工方法，并通過與傳統(tǒng)加工方法的理論計算對比、實際加工樣品對比，得出了這種新型的加工方法具有加工精度高、加工速度快的優(yōu)點。為采油單螺桿泵轉子乃至定子模芯的實際加工提供一定的理論參考。

針對國內各大油田逐步進入后期開采,螺桿泵采油技術是一種很有效的方法。選擇合理的螺桿泵轉速,是確保螺桿泵能否發(fā)揮最佳功效和工作壽命的關鍵,因為單螺桿泵定、轉子相對運動速度,決定著定、轉子表面的磨損。限制泵運行時轉子與定子之間的最大滑動速度就顯得尤為重要。因此根據(jù)螺桿泵運行原理,推導出了單螺桿泵轉子在做行星運動時的最佳滑動速度,目的是為我們自主研發(fā)"電潛螺桿泵采油系統(tǒng)"中減速器方案的設計提供理論依據(jù)。

本文重點闡述了單螺桿泵轉子的數(shù)學模型,描述了轉子形線方程式的建立,以及利用cnc數(shù)控加工中心加工轉子的過程。本文是筆者幾年來親自操控數(shù)控機床加工轉子的經驗之談和幾年來潛心研發(fā)的結果。使得轉子的加工更趨形象化、具體化,各種理論更能易于接受。

單螺桿泵的定子通常由橡膠制作而成,內孔呈螺旋槽狀,它與轉子之間形成若干密封腔。轉子作偏心旋轉運動,使密封腔由泵的低壓區(qū)移至高壓區(qū),完成吸入、排出液體和形成壓力的全過程。將實體模型導入ansys軟件中進行有限元分析,結果表明:單螺桿泵轉子在正常工況下的最大位移為2.34×10-5mm,出現(xiàn)在單螺桿泵吸入端,轉子動態(tài)變形量大小可用來確定轉子和定子合理的間隙;最大應力為15.8mpa,出現(xiàn)在單螺桿泵排出端。轉子應力分析可為轉子改造提供參考。

依據(jù)單螺桿泵機構構成及運動規(guī)律,設計了一種結構簡單、工作可靠、造價低廉的新型定子修復裝置,并介紹了其工作原理和結構特點。

單螺桿泵定子橡膠是決定泵壽命和效率的關鍵部件。本文采用有限元法對定子的性能進行分析,得到了定子在均勻壓力和壓差作用下的應力、應變云圖及變形量隨壓力變化的分布規(guī)律;對定子和螺桿進行接觸計算,結果表明:定子與螺桿在圓弧頂接觸時,剪應變和變形最大;定子兩圓弧對角磨損最嚴重,同時定子的磨損隨過盈量增大而明顯增大。由于目前還沒有能夠直接對實際工況下的定子橡膠的變形和受力狀態(tài)進行測試的有效手段,本文為定子的優(yōu)化設計提供了理論基礎和有效的數(shù)值模擬方法。

基于cad/cam軟件mastercam,采用插值三次樣條函數(shù)和利用螺旋曲面的特性進行單螺桿泵的復雜螺桿轉子螺旋曲面三維幾何造型,并基于仿真加工軟件vericut,對螺旋曲面數(shù)控加工nc程序進行三維仿真。

結合單螺桿泵定子襯套的特殊結構,提出了定子內螺旋曲面加工的新方法即無瞬心包絡鏜削方法,該方法以螺桿-襯套副的運動原理為依據(jù),以螺桿無瞬心包絡銑削加工方法為理論實踐基礎,利用數(shù)控機床實現(xiàn)定子內螺旋曲面廓形的鏜削加工。還分析了螺桿在襯套中的運動規(guī)律,闡述了無瞬心包絡鏜削加工技術的基本原理,并論證了該技術實現(xiàn)的可行性。

采用ansys軟件對短幅內擺線外等距曲線及短幅外擺線內等距曲線2種線型的三頭單螺桿泵在過盈及壓差作用下的變形、受力及接觸情況進行有限元分析,得到定轉子接觸時變形及應力分布云圖,比較2種線型三頭單螺桿泵的密封性能。結果表明:過盈量的存在是實現(xiàn)螺桿泵密封的重要條件;壓差的存在使定子橡膠發(fā)生較大的變形,應力應變值也相應增加;短幅內擺線外等距曲線三頭單螺桿泵密封性能優(yōu)于短幅外擺線內等距曲線三頭單螺桿泵。

分析了單螺桿泵定子的磨損方式,依據(jù)丁腈橡膠的磨損規(guī)律,分析了單螺桿泵接觸點相對滑動速度與接觸角在鋼轉子與丁腈橡膠定子在嚙合過程中的變化規(guī)律。結果表明,提高流動接觸點相對滑動速度和降低固定接觸點綜合曲率能有效降低定子磨損。

金屬定子單螺桿泵的可行性探討

采用有限元法對常規(guī)單螺桿泵和等壁厚定子單螺桿泵的定子橡膠和螺桿進行接觸非線性計算,得到了螺桿與定子在不同位置接觸時變形及剪應變云圖;分析了定子接觸磨損的特點及規(guī)律,并進行了比較。結果表明:常規(guī)單螺桿泵定子與螺桿在圓弧頂接觸時,剪應變和變形最大,定子兩圓弧對角磨損最嚴重,同時定子的磨損隨過盈量增大而明顯增大;而等壁厚螺桿泵則在中間位置接觸時,剪應變和變形最大,且最大剪應變位于定子的外表面。由于目前還沒有能夠直接對實際工況下的定子橡膠的變形和接觸狀態(tài)進行測試的有效手段,本文為定子的優(yōu)化設計提供了理論基礎和有效的數(shù)值模擬方法。

橢圓轉子采油單螺桿泵是雙頭單螺桿泵的一種簡化線型,加工方便,但是存在共軛線型不準確的弊端。結合雙頭單螺桿泵定子輪廓線的形成理論,利用相關軟件,得到精確的定子輪廓曲線,并對1種油田實際應用的橢圓轉子采油單螺桿泵進行誤差分析。結果表明,ф88.9mm(3(1/2)英寸)油管橢圓轉子采油單螺桿泵定子在x=25.295mm處磨損最嚴重,線型誤差最大;理論計算的排量值接近實際排量。

基于稠油地面輸送泵的生產實際工況,可將單螺桿泵定、轉子運動副之間的磨損視為磨礪性磨損,因此,其磨損量在相同時間內正比于相對滑動速度及法向正壓力的大小。其相對滑動速度的大小由單螺桿泵自身的運動形式及參數(shù)的匹配所決定,法向正壓力的大小決定于離心力、軸向力等工作壓力

石西油田作業(yè)區(qū)莫北轉油站混輸泵于2009年試運行,針對混輸泵試投用達不到預期的效果,嚴重影響莫109的外輸量這一問題,石西油田作業(yè)區(qū)通過對混輸泵能力校核和合理優(yōu)化集油干線,以及對集油干線工藝改造,合理利用莫北單螺桿混輸泵,達到了擴大集輸半徑,降低井口和計量站回壓的目的。

本文闡述了單頭螺桿泵轉子的數(shù)學模型,轉子形線方程式的建立,以及利用cnc數(shù)控加工中心加工轉子的過程。

納米級填加劑在單螺桿泵定子中的應用

對四種常用的污泥輸送方式進行比較。介紹了單螺桿泵的材質、主要性能參數(shù)、控制保護系統(tǒng)和輸泥管道選擇、敷設等方面需注意的問題。介紹了國內三個工程案例的概況及投資、運行成本等情況。

本文將目前國內外對單螺桿泵定子的磨損研究情況作一綜述,對常規(guī)單螺桿泵和等壁厚單螺桿泵進行了接觸分析。針對目前單螺桿泵"定子受壓側直徑與圓弧連接點處的磨損最大"的現(xiàn)象,從疲勞磨損的角度進行了深入研究,認為這是由于在圓弧段對角處的剪切應變遠遠大于其它地方,在周期性載荷的作用下橡膠表面產生重復的壓縮、拉伸和交變剪切應力而發(fā)生多次變形,從而使橡膠表層發(fā)生疲勞磨損。對于等壁厚單螺桿泵來講,其最大的剪切應變在橡膠襯套的外層,這意味著等壁厚單螺桿泵橡膠襯套外層與鋼套之間的聯(lián)接強度將受到考驗,襯套外層與鋼套之間的聯(lián)接處可能是等壁厚單螺桿泵的疲勞失效處。

基于單螺桿泵的工作原理,分析其運行時的阻力因素和功耗情況,經設計和實踐,對單螺桿泵襯套的斷面形狀進行了改進。通過對比試驗發(fā)現(xiàn),本次改進減小了螺桿與襯套之間的摩擦功耗,提高了泵的效率,具有一定的經濟效益。