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1、第9卷第11期2009年6月科学技术与工程Vol19No111June20091671-1819(2009)11-3069-04ScienceTechnologyandEngineeringZ2009Sci1Tech1Engng1螺杆泵内部压力分布规律研究1叶卫东郭玉双杜秀华宋玉杰(大庆石油学院机械科学与工程学院,大庆163318;大庆油田有限责任公司储运销售分公司1,大庆163712)摘要利用有限元方法建立螺杆泵二维模型,分析螺杆泵压力传递规律,计算螺杆泵在不同压差下的接触压力,得出临界接触压力曲线。利用临界接触压力
2、曲线分析螺杆泵内部的压力分布规律。结果表明:螺杆泵密封腔之间的接触压力随着密封腔之间压差的增加而增加,但接触压力比压差增加速度慢,存在一个临界接触压力值;不同内压力的密封腔之间的临界接触压力构成了临界接触压力曲线,随着内压力的增加临界接触压力减小;螺杆泵内部各密封腔压力值沿着螺杆泵轴向从吸入口到排出口逐渐增加,增加速度逐渐减小,最终达到一个最大值,即此螺杆泵的最大压力值。关键词螺杆泵临界接触压力曲线压力分布规律中图法分类号TE933.3;文献标志码B螺杆泵采油作为一种新兴的人工举升方式,以于螺杆与衬筒内壁的紧密配合,在
3、泵的吸入口和排其独特优点倍受国内外油田重视,但由于目前对螺出口之间,就会被分隔成多个密封腔,如图1中0、杆泵的研究还不完善,使得螺杆泵采油的技术优势1、2、3、4、5、6。这些密封腔在泵的吸入端不断形成,没有得到充分发挥。螺杆泵压力是螺杆泵的主要将吸入室中的液体封入其中,并自吸入室沿螺杆轴工作参数,影响到螺杆泵的选择、使用等多个方面,向连续地推移至排出端,将封闭在各腔室中的液体必须将其分布规律研究清楚。但由于螺杆泵内部不断排出,形成连续的液流。曲面的复杂结构使螺杆泵内部的压力分布研究相当困难。目前可以通过试验的方法检测
4、出螺杆泵吸入端和排出端的压力,而对真正影响螺杆泵性能的内部压力分布规律研究不够。本文利用有限元图1螺杆泵结构图的方法对螺杆泵定子和转子之间的接触压力进行随着油液的不断流出,螺杆泵排出的油液进入分析,根据橡胶密封原理,得出临界接触压力曲线。油管形成液柱的高度不断增加,在螺杆泵排出端6研究一种利用临界接触压力曲线模拟螺杆泵内部产生的压力也不断增加。6、5腔室之间的压差值不压力分布规律的方法。断增加,当6、5腔室之间的压差值大于6、5腔室之间的密封压力时将使密封失效,造成6腔室的液体1螺杆泵压力传递过程向5腔室泄漏。泄漏的结
5、果使5腔室的压力升高,6、5腔室之间的压差降低,密封又可以形成,6腔室螺杆泵是利用螺杆的回转来吸、排液体的。由的压力又可以继续升高。以此类推,排出口的压力越来越高,压力在螺杆泵内各密封腔之间传递,最2009年2月16日收到黑龙江省自然基金项目(E200803)资助终传递到螺杆泵的吸入口。由于螺杆泵的吸入口0第一作者简介:叶卫东(1975))男,大庆石油学院机械科学与工的压力始终与井底压力一致,因此经过各密封腔之程学院讲师,硕士,研究方向:油田用螺杆泵。E-mai:lyewdguoys间的压力传递,最终在螺杆泵排出口能够
6、形成的最@163.com。大压力为:3070科学技术与工程9卷n参数Mooney-Rivlin模型进行模拟,C10=1.14,C01=pmax=p0+E$pi,i+1(1)-9i=00.02,d=1.724@10。(1)式中,pmax)泵排出端压力;p0)泵吸入口压力,在螺杆泵有限元二维模型的相邻腔室施加压也就是井底的压力;$pi,j)单级密封腔的密封压力;力载荷,假设左侧腔室为低压腔室,右侧腔室为高n)整个螺杆泵所包含的密封腔的个数,也就是螺压腔室。杆泵的级数。2.1临界接触压力计算每个密封腔内的压力为:在左侧腔室施
7、加0MPa不变载荷,右侧腔室施m加从0~1.0MPa的变化载荷,计算接触压力随压差pi=p0+E$pj,j+1(2)j=0值的变化规律,计算结果如图3所示。(2)式中,m为从吸入端到第i个腔室间的密封腔的个数。对于螺杆泵的单级密封压力的大小,目前广泛[1]采用的都是平均值。即通过实验的方法测出螺杆泵的最大压力值pmax,螺杆泵的级数n,则此螺杆泵的单级密封压力为pmax/n。但由于螺杆泵各密封腔的内压力不同,使得各密封腔的单级密封压力值是不同的。下面将用有限元的方法来计算螺杆泵不同密封腔的单级密封压力值。图3接触压力随
8、压差的变化曲线从图3中可以看出,随着左右腔室间压差值的2临界接触压力曲线的计算增加,密封点处的接触压力也随之增加,但增加速度小于压差的增加速度,两条曲线必然有一个交利用橡胶密封的失效准则,橡胶与刚体的最大点。此交点所对应的接触压力即为临界接触压力。接触压应力如果小于压差$p,会造成泄漏,密封失[2]此值也就是此处的最大密封压力。效
