等壁厚螺杆泵性能的数值模拟研究.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又等壁厚螺杆泵性能的数值模拟研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：周晓舟固体力学吴恒安教授二O一二年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’sdegreeANumericalSimulationStudyonPerformanceofEvenThicknessProgressiveCavityPUmpAuthor’SName：Speciality：Supervisor：。⋯一一-Fin

2、ishedtime：XiaozhouZhouSolidMechanicsProf．HenganWuMay,2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字F1期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权

3、，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密(——年)作者签名：签字日期：导师签名：签字同期：摘要地面驱动的单螺杆泵系统是一种在采油工程中有着广泛应用的人工举升装置。相比常规螺杆泵，等壁厚螺杆泵的运行更加平稳，负载扭矩的波动更小。本文采用三维有限元方法详细分析了等壁厚螺杆

4、泵的各种工作性能，包括温胀和溶胀后定子型线的变化规律，各种参数对负载扭矩的影响以及定子橡胶粘性损耗引起的非均匀温升，并与常规螺杆泵进行了对比。计算结果表明，等壁厚螺杆泵比常规螺杆泵有着更好的工作性能，在很大程度上降低了摩擦负载扭矩及扭矩的波动。本文模拟了举升液与定子之间的流固耦合作用，并研究了各结构参数对螺杆泵举升性能的影响。结果表明，等壁厚螺杆泵有着纵向漏失和横向漏失两种形态，且橡胶材料的弹性模量、泊松比以及壁厚均对其举升性能有着较大的影响。在实际应用中，等壁厚螺杆泵比较容易脱胶，从而使得定子失效。本

5、文采用了有限元方法对等壁厚螺杆泵和常规螺杆泵在运转过程中的受力状况进行了分析，发现法向支反力与剪应力的联合作用可能是引起等壁厚螺杆泵脱胶的主要原因之一，并在此基础上研究了附胶率以及模型参数对法向支反力和剪应力的影响。进一步的研究表明，在考虑了附胶率后，由于应力集中的作用，法向支反力会大幅增加，在很大程度上增加了定子脱胶的可能性。这些工作阐明了等壁厚螺杆泵设计参数与工作性能之间的关系，为等壁厚螺杆泵设计和参数优化提供了理论依据。关键词：等壁厚螺杆泵有限元法流固耦合脱胶AbstractSurthce。dri

6、venprogressivecavitypump(PCP)hasbeenwidelyusedasaneffectiveartificialliftingdeviceinvariousoilfieldproductions．However,DOn-uniformthermalandswellingexpansionresultsinhighoscillationinladentorqueofconvenfionalPCRNewPCPwithstatorofeven。thicknessisagoodalte

7、mative．Thestator’Smechanicalpropertiesunderthermalexpansionandswellingareanalyzedusingthree—dimensionalnonlinearfiniteelementmemod．TheeventhicknessPCP’sliftperformances，includingthetemperaturedistribution．torqueoutputandvolumetricefficiency,aresimulateda

8、ndanalyzed．Ourresultsshowthattheoscillationinladentorqueofeven．thicknessPCPissignificantlyreduced．Thefluid—structureinteraction(FSI)betweenstatorandrotorissimulated．TheeffectsofstructureparametersoneventhicknessPCP'shydrau