【摘要】：目前,制約采油螺桿泵技術(shù)在油田推廣和普及的主要原因之一是螺桿泵采油檢泵周期較短。根據(jù)螺桿泵井失效情況統(tǒng)計(jì),定子橡膠的疲勞是導(dǎo)致螺桿泵失效的重要原因之一。為提高采油螺桿泵的檢泵周期,延長使用壽命,迫切需要對定子橡膠的疲勞壽命進(jìn)行研究。因此本文采用基于斷裂力學(xué)疲勞裂紋擴(kuò)展法和基于S-N曲線的Fe-safe疲勞裂紋形成法分別對螺桿泵定子的疲勞裂紋擴(kuò)展和形成壽命進(jìn)行研究,研究結(jié)果不僅充實(shí)了螺桿泵的相關(guān)理論,且在提高螺桿泵采油技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文主要以采油用螺桿泵橡膠定子為研究對象,依據(jù)定子橡膠材料的單軸拉伸和平面剪切試驗(yàn),對不同溫度的常規(guī)橡膠和油浸橡膠不同應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)的M-R、Yeoh、 Ogden、A-B、VDW本構(gòu)模型進(jìn)行優(yōu)選,確定分析啞鈴型橡膠試件和螺桿泵的本構(gòu)模型及模型常數(shù)。通過設(shè)置轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度,細(xì)化接觸密封帶網(wǎng)格等建立螺桿泵有限元分析模型,并計(jì)算和分析密封帶接觸應(yīng)力、剪應(yīng)力和等效應(yīng)力,確定整個(gè)螺桿泵最易發(fā)生疲勞失效的危險(xiǎn)位置為高壓腔室內(nèi)螺旋帶向圓弧過渡的中間偏靠近半圓帶位置。建立基于斷裂力學(xué)理論的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測模型,并預(yù)測帶有預(yù)制切口的啞鈴型橡膠試件裂紋擴(kuò)展壽命,與其相應(yīng)的疲勞試驗(yàn)壽命進(jìn)行比較,誤差值為15.66%,確定基于斷裂力學(xué)預(yù)測疲勞裂紋擴(kuò)展壽命是可行的。根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果,確定螺桿泵各段模型危險(xiǎn)疲勞位置的應(yīng)變能釋放率范圍,預(yù)測橡膠定子的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命,對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行分析,確定橡膠定子疲勞裂紋擴(kuò)展壽命與腔室壓力的關(guān)系。本文對螺桿泵定子橡膠材料進(jìn)行了伸張疲勞試驗(yàn),建立主應(yīng)變類、八面體剪應(yīng)變、應(yīng)變能密度為損傷參量的疲勞壽命預(yù)測模型,并根據(jù)此模型預(yù)測啞鈴型橡膠試件的總壽命。根據(jù)定子材料的伸張疲勞試驗(yàn)獲得的S-N曲線,首次采用Fe-safe確定啞鈴型橡膠試件和不同工況的定子橡膠的疲勞裂紋形成壽命和安全系數(shù),分析結(jié)果表明,橡膠定子的疲勞裂紋形成壽命和安全系數(shù)隨腔室壓力下降,且疲勞裂紋形成最集中位置在螺桿泵定子橡膠高壓腔室內(nèi)螺旋帶向圓弧過渡的中間偏靠近半圓帶位置。對定子橡膠試件的疲勞裂紋擴(kuò)展、形成和總疲勞壽命對比分析,確定采用基于斷裂力學(xué)的裂紋擴(kuò)展法和基于S-N曲線裂紋形成法相結(jié)合預(yù)測橡膠的疲勞壽命可行。用這兩種方法預(yù)測的定子裂紋擴(kuò)展壽命與形成壽命之和,與螺桿泵的實(shí)際壽命基本吻合。
【圖文】：

螺巧累的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表２－５所示。由于巧桿累型面為擺線型螺旋曲面，用ＡＮＳＹＳ自帶逡逑的建模功能建立螺桿粟模型難度很大。因此，本文使用ＵＧ對該型號螺桿果建立一個(gè)逡逑導(dǎo)程的Ｈ維模型，如圖２．１１所示。將該模型文件轉(zhuǎn)換為＊．ｘ＿ｔ格式，并導(dǎo)入ＡＮＳＹＳ逡逑１４．０軟件。逡逑表２－５邋ＧＬＢ１２０－２７巧單頭普通內(nèi)巧線型巧桿巧結(jié)構(gòu)參巧邐（ｍｍ）逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－５邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ＧＬＢ１２０－２７邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｇｅｎｅｒａｌ邋ｈｙｐｏｃｙｃｌｏｉｄ邋ｐｕｍｐ逡逑定子外巧邋巧子巧巧邋偏私距邐過盈錯(cuò)邋定子導(dǎo)梓邋轉(zhuǎn)子導(dǎo)程逡逑、邐８９邐３８邐５邐０．３邐１６０邐８０逡逑鑿２．１１邋ＧＬＢ１２０－２７琳巧桿巧的幾何模巧逡逑Ｆｉｇ．２．１１邋Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ＧＬＢ邋１２０－２７逡逑采油螺巧裝定子與轉(zhuǎn)子過盈配合所形成的接觸密封帶，將巧巧聚分隔成連續(xù)密封逡逑腔室。在舉升原油時(shí)，油液對各個(gè)密封腔室內(nèi)表面產(chǎn)化法向壓力，兩個(gè)相鄰的腔室間逡逑２６逡逑

逡逑圖２．１２布爾操作分剌巧桿粟內(nèi)表面逡逑Ｆｉｇ．２．１２邋Ｓｅｃｔｉｏｎ邋ａｆｔｅｒ邋良ｏｏｌｅａｎ邋ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ逡逑對定子內(nèi)表面施加壓力時(shí)，該壓力不能作用到密封帶接觸面，這不符合巧桿索實(shí)逡逑際工況。本文利用ＡＮＳＹＳ有限元分析軟件中無間隙接觸對，在巧桿親腔室內(nèi)表面和定逡逑子密封帶接觸面間建立接觸對，使定子的非接觸腔室內(nèi)表面與定子密封帶接觸面之間逡逑建立相互關(guān)聯(lián)的力學(xué)性，也就是定子非接觸的腔室內(nèi)表面受到油液作用時(shí)，定子內(nèi)表逡逑面的接觸密封帶部分也會受到影響，使密封帶上接觸壓力發(fā)生變化。從而保證模擬與逡逑實(shí)際工況更接近１＾１。逡逑２．２．２單元類型的選取逡逑巧巧累有限元模型中，定子和轉(zhuǎn)子的型面是擺線型共巧的空間巧旋曲面，，對于這逡逑種幾何形狀比較復(fù)雜的連續(xù)體，用常規(guī)單元離散比較困難。定子與轉(zhuǎn)子性能差別較逡逑大
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE933.3

【參考文獻(xiàn)】

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6 王國權(quán);劉萌;姚艷春;姜立Z

本文編號：2574027