采油螺桿泵的仿真與模擬技術

目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 螺桿泵的結構特點及工作原理 3
1.2.1 內(nèi)部結構 3
1.2.2 工作原理 4
1.2.3 螺桿泵的特點 6
1.3 螺桿泵的分類 6
1.4 螺桿泵的發(fā)展概述 7
1.4.1 國外發(fā)展 7
1.4.2 國內(nèi)發(fā)展 8
1.4.3 研究現(xiàn)狀 10
第2章 螺桿泵的運動學分析 12
2.1 螺桿泵的螺桿型線方程 12
2.1.1 基本概念 12
2.1.2 定轉(zhuǎn)子骨線方程 13
2.1.3 等距線型線方程 15
2.2 螺桿泵運動學模型 16
2.2.1 轉(zhuǎn)子的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn) 16
2.2.2 螺桿轉(zhuǎn)子在定子襯套內(nèi)部的運動規(guī)律 17
2.2.3 螺桿轉(zhuǎn)子外表面上點的運動及與襯套嚙合處速度分析 19
2.3 三維模型的建立 20
2.3.1 定子與轉(zhuǎn)子三維模型的建立 20
2.3.2 定子與轉(zhuǎn)子裝配體的建立 21
2.4 運動學仿真模型的建立 22
2.4.1 虛擬樣機技術簡介 22
2.4.2 SolidWorks Motion概述 22
2.4.3 運動仿真的實現(xiàn) 23
2.5 運動學仿真結果分析 24
2.5.1 轉(zhuǎn)子固定點運動特性分析 24
2.5.2 運動軌跡分析 24
2.5.3 運動速度和加速度分析 24
2.6 結構參數(shù)對運動特性的影響 27
第3章 高溫稠油中橡膠單軸拉伸試驗 29
3.1 橡膠材料特性 29
3.1.1 定子橡膠材料性能 29
3.1.2 橡膠摩擦磨損特性 29
3.2 單軸拉伸試驗 30
3.2.1 試驗目的 30
3.2.2 試驗材料及設備 30
3.3 試驗結果分析 31
3.3.1 耐疲勞破壞性能變化規(guī)律 31
3.3.2 應力應變曲線變化規(guī)律 32
3.3.3 彈性模量變化規(guī)律 33
3.4 橡膠本構模型的確定 34
3.4.1 橡膠的本構關系理論 34
3.4.2 定子橡膠的本構模型 35
3.4.3 本構模型常數(shù)的確定 36
第4章 螺桿泵定轉(zhuǎn)子摩擦磨損試驗 39
4.1 橡膠磨損理論概述 39
4.2 非線性理論 40
4.2.1 材料非線性 40
4.2.2 幾何非線性 40
4.2.3 接觸非線性 42
4.3 摩擦磨損試驗 43
4.3.1 試驗目的 43
4.3.2 試驗設備 43
4.3.3 試驗介質(zhì)及試件 46
4.3.4 試驗流程 47
4.4 試驗結果分析 49
4.4.1 轉(zhuǎn)速對摩擦因數(shù)的影響 49
4.4.2 載荷對摩擦因數(shù)的影響 49
4.4.3 含砂量對摩擦因數(shù)以及磨損量的影響 50
4.4.4 橡膠磨損表面形貌分析 51
4.5 磨損機理分析 52
第5章 螺桿泵定子襯套有限元模型 53
5.1 有限元法及ANSYS分析軟件簡介 53
5.1.1 有限元法 53
5.1.2 ANSYS有限元分析軟件 55
5.2 有限元計算模型的構建 56
5.2.1 兩種壁厚的螺桿泵定子 56
5.2.2 有限元計算模型 57
5.2.3 網(wǎng)格無關性驗證 60
5.3 初始裝配時的密封性能分析 61
第6章 螺桿泵定子襯套磨損分析 62
6.1 常規(guī)厚螺桿泵的接觸分析 62
6.1.1 常規(guī)厚螺桿泵模型 62
6.1.2 摩擦因數(shù)和過盈量對定子襯套磨損的影響 63
6.1.3 工作壓差對定子襯套磨損的影響 64
6.2 等壁厚螺桿泵的接觸分析 65
6.2.1 等壁厚螺桿泵模型 65
6.2.2 過盈量對定子襯套磨損的影響 66
6.2.3 摩擦因數(shù)對定子襯套磨損的影響 67
第7章 螺桿泵定子襯套力學性能分析 69
7.1 均勻內(nèi)壓作用下的穩(wěn)定性分析 69
7.1.1 襯套穩(wěn)定性能分析 69
7.1.2 壓力對襯套穩(wěn)定性能的影響 72
7.1.3 溫度對襯套穩(wěn)定性能的影響 73
7.2 非均勻內(nèi)壓作用下的接觸分析 74
7.2.1 襯套接觸情況分析 74
7.2.2 摩擦因數(shù)和過盈量對接觸的影響 76
7.2.3 工作壓力對接觸的影響 78
7.3 熱源作用下的熱膨脹分析 78
7.3.1 單一熱源作用 79
7.3.2 聯(lián)合熱源作用 80
第8章 定子襯套生熱過程及熱積聚效應試驗 82
8.1 試驗內(nèi)容及目的 82
8.1.1 試驗內(nèi)容 82
8.1.2 試驗目的 82
8.2 試驗設備及材料 82
8.3 試驗過程 84
8.4 試驗結果 86
8.4.1 生熱過程及熱積聚效應 86
8.4.2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對定子襯套溫升影響規(guī)律 88
第9章 螺桿泵熱力耦合場分析 90
9.1 熱力耦合場分析的數(shù)學模型 90
9.1.1 熱源分析 90
9.1.2 滯后生熱有限元分析法 91
9.1.3 襯套生熱數(shù)學模型 91
9.1.4 溫度場有限元分析 92
9.2 均勻溫度場下襯套溫度應力應變分析 93
9.2.1 常規(guī)定子襯套二維和三維求解結果對比分析 93
9.2.2 兩種類型的定子襯套熱力耦合求解結果 94
9.3 非均勻溫度場下襯套溫度應力應變分析 96
9.3.1 轉(zhuǎn)速對定子襯套熱力耦合場的影響 97
9.3.2 過盈量對定子襯套熱力耦合場的影響 99
9.3.3 摩擦因數(shù)對定子襯套熱力耦合場的影響 100
9.3.4 邵氏硬度對定子襯套熱力耦合場的影響 101
9.3.5 橡膠泊松比對定子襯套熱力耦合場的影響 103
9.3.6 工作壓差對定子襯套熱力耦合場的影響 104
9.4 試驗仿真對比 105
第10章 結論 106
參考文獻 109