螺杆泵腔室液压分布数值模拟研究

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1、2010年1月机床与液压Jan．2010第38卷第1期MACHINETOOL&HYDRAULICSV01．38N0．1DOI：10．3969／j．issn．1001—3881。2010．O1．030螺杆泵腔室液压分布数值模拟研究金红杰，吴恒安，王秀喜(中国科学技术大学近代力学系，安徽合肥230027)摘要：对螺杆泵系统腔室内液体压力分布进行分析是计算液压对转子负载作用和掌握螺杆泵工作特性的基础。建立了三维螺杆泵系统的流体动力学模型，对转子处于不同位置时腔室内的流场进行了分析，得出了转子处于相应位置时腔室内的压力分布情况以及液压作用在转子上的力和力矩，并讨论了其对螺杆泵系统的影响。关键词：螺

2、杆泵；流体动力学；数值模拟中图分类号：TE933文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)1—092—3NumericalSimulationOnCavityPressureofProgressiveCavityPumpJINHongjie，WUHengan，WANGXiuxi(DepartmentofModemMechanics，UniversityofScienceandTechnologyofChina，HefeiAnhui230027，China)Abstract：Analysisofpressuredistributioninaprogressivecavitypum

3、p(PCP)systemisthebaseofealeualtingforcesandtorquesimposedontherotorbyliquidflowandunderstandingtheperformanceofPCP．Athree—dimensionalfluiddynamicsmodelofPCPwaspresented．Theflowfieldsforseveraldiferentpositionsoftherotorwerenumericallysimulatedandanalyzed．Thepressuredistributioninthesealingcavityan

4、dtheloadontherotorwereobtained．TheefectofpressureonPCPperformancewasdiscussed．Keywords：Progressivecavitypump；Computationalfluiddynamics；Numericalsimulation0引言断旋转的转子组成，定子和转子之间的腔室内充满液地面驱动螺杆泵抽油装置是用于开采高黏、高含体，如图1所示。随着转子转动，密封腔向上移动，沙、高含气原油的一种新型设备⋯，具有投资少、维吸入口处产生真空，吸人井下液体。转子每转动护简单、管理方便等优点，已广泛应用于世界各油田360。，吸

5、人口处产生新的密封腔室，原来的密封腔室的机械采油工艺工程中。螺杆泵的转子和定子之向上移动一个转子导间的腔室中充满液体，运行时通过转子旋转增压实现程，从而使泵内密封液体的输送、提升和抽油。螺杆泵在工作过程中，定腔中的液体向泵的出子和转子受到腔室内流动液体的分布液压作用，定子口运动，将入口吸入在液压作用下产生压缩变形，而作用在转子上的液压的液体一级接一级输通过与定子接触而影响定子，定子变形产生的应力反送到泵的出口。液体作用在转子上，与转子受到的液压力平衡，使转子在的不断提升，实现了图1单螺杆泵系统示意图定子内部转动，定子和转子之间的相互作用非常复抽油工艺。杂。因此，讨论液压对转子的作用十分重要

6、。文献定子内表面和转子是螺旋线形状，转子绕自身轴[4—5]对螺杆泵封闭性和液压分布进行了讨论，得线以一定角速度∞自转的同时，其轴线绕定子的中出了单螺杆泵压力的产生和传递规律，文献[6—7]心线以相同的角速度反转，这种复合运动将表现导出了特定情况下的液压对转子的作用力。但是这些为转子每个横截面绕截面圆心以∞的角速度转动的研究都没有给出具体的压强分布随转子位置变化的规／凸、．一同时圆心将以2etOsinf、tOt+詈‘／l的速度做直线运动，律以及液压对螺杆泵的影响。作者采用流体动力学方j法，分析了转子在不同位置时螺杆泵的液压分布规如图2所示。其中0是转子截面圆中心绕啮合轴的角}律，并得出了各个

7、工况下转子受到的液压力和力矩，度，表征转子空间位置的参数；∞是转子绕轴线转动‘分析了液压对螺杆泵的影响。的角速度；tOt表示转子在时刻t转动的角度；e是转。1计算模型和计算方法子偏心距。．‘翟转子运动是周期性的，设一个周期为，任取一单螺杆泵系统由固定不动的定子和在定子内部不收稿日期：2008—12—30作者简介：金红杰(1983一)，硕士研究生，主要研究领域为计算力学及其在工程中的应用。联系人：吴恒安，电话：0551—3