螺杆泵举升压力传递规律研究

论文摘要

螺杆泵采油作为一种新兴的人工举升方式,以其独特优点倍受国内外油田重视,但由于目前对螺杆泵及其采油配套工艺技术的研究还不完善,使得螺杆泵采油的技术优势没有得到充分发挥。为此,本文以改善螺杆泵的工作特性、增强其适应性为目的,开展了螺杆泵工作特性理论研究。这对完善和提高螺杆泵采油技术,实现螺杆泵采油井高效举升、降低采油成本、提高采油效益具有积极的现实意义。本文首先对螺杆泵举升压力的产生及传递规律进行了研究。研究表明,螺杆泵的压力产生原因是螺杆泵排出端排出油液的不断增加,使液柱高度不断增大,从而使排出端压力不断升高。压力的传递是由于压力的增加使相邻腔室间的压差值增大,大于接触压力时将造成密封失效,油液发生窜流从而使压力向吸入端传递。利用ANSYS软件非线性分析技术,采用二维实体单元和接触单元,建立了螺杆泵的二维有限元模型,对螺杆泵各腔室在不同压力和压差下定子与转子间的接触压力进行了模拟计算。定义了临界接触压力和最大密封压差的概念。利用临界接触压力曲线,模拟出压力传递后的螺杆泵举升压力的压力场分布。运用此方法,分析了橡胶材料的硬度、泊松比和过盈量对临界接触压力曲线的影响,从而反映出这些参数对螺杆泵举升压力的影响。结果表明,橡胶的硬度、泊松比和过盈量的增加都会使举升压力增加。这一结论为制造高举升压力的螺杆泵提供了研究方向。最后对等壁厚螺杆泵举升压力传递规律进行了研究。研究表明,在相同的条件下,等壁厚螺杆泵的举升压力较普通螺杆泵更高,对提高螺杆泵举升压力具有优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 螺杆泵举升压力产生及传递规律的理论分析
• 1.1 螺杆泵工作原理
• 1.1.1 螺杆泵转子结构
• 1.1.2 螺杆泵定子（衬套）结构
• 1.1.3 螺杆泵螺杆-衬套副及其工作原理
• 1.2 理想状态下螺杆泵压力的产生及传递规律研究
• 1.2.1 油液的吸入
• 1.2.2 油液的推移
• 1.2.3 油液的排出
• 1.2.4 油液压力的产生
• 1.3 橡胶弹性体的密封
• 1.3.1 橡胶弹性体的变形
• 1.3.2 橡胶密封的失效准则
• 1.4 实际工况下螺杆泵压力的产生及传递规律研究
• 1.4.1 螺杆泵内压力的传递
• 1.4.2 螺杆泵内压力场的建立
• 1.5 小结
• 第二章 螺杆泵举升压力传递规律有限元模型的建立
• 2.1 有限元技术及软件ANSYS 简介
• 2.1.1 有限元技术
• 2.1.2 有限元分析软件ANSYS 简介
• 2.2 ANSYS 的非线性分析能力
• 2.2.1 几何非线性
• 2.2.2 材料非线性
• 2.2.3 状态（接触）非线性
• 2.3 螺杆泵有限元模型的建立
• 2.3.1 在建模过程中需要注意的几个问题
• 2.3.2 参数的设置
• 2.3.3 几何模型的建立和网格划分
• 2.3.4 接触对的建立以及约束和载荷的施加
• 第三章 螺杆泵举升压力传递规律有限元模拟结果与分析
• 3.1 油液推移过程模拟
• 3.1.1 施加载荷
• 3.1.2 计算结果
• 3.1.3 结果分析
• 3.2 排出端压力升高过程模拟
• 3.2.1 施加载荷
• 3.2.2 计算结果
• 3.2.3 结果分析
• 3.3 举升压力的传递过程模拟
• 3.3.1 泄漏后密封恢复过程模拟
• 3.3.2 腔室内压力升高过程模拟
• 3.4 压力场的建立
• 3.4.1 施加载荷
• 3.4.2 计算结果
• 3.4.3 结果分析
• 3.5 小结
• 第四章 影响螺杆泵举升压力的因素
• 4.1 橡胶材料参数对密封的影响
• 4.1.1 硬度
• 4.1.2 泊松比
• 4.2 过盈量对密封的影响
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 结果分析
• 4.3 螺杆泵的结构对密封的影响
• 4.3.1 等壁厚定子螺杆泵结构
• 4.3.2 等壁厚定子螺杆泵结构参数的确定
• 4.3.3 等壁厚定子螺杆泵有限元分析
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要