基于ANSYS的螺杆泵内部压力分布有限元分析

对于螺杆泵的单级密封压力,目前广泛采用取平均值法,导致泵内压力分布呈线性变化,不能正确反映其实际分布规律。本文借助ANSYS有限元分析软件建立螺杆泵定转子二维有限元接触模型,模拟不同过盈量下的临界密封压力;分析不同温度、压力下定子衬套橡胶的变形量,利用"有效过盈量"计算不同温度、压力下的临界密封压力,并根据临界密封压力确定螺杆泵内部压力分布。结果表明:泵内压力分布是由泵排出口压力和泵各级容腔的单级密封能力决定的,压力分布在排出口处集中,随着排出口压力增加向吸入口传递;当压力传到吸入口且前两级容腔之间的压差大于其密封能力时,泵被"击穿",此时应更换更大型号的泵。

常规螺杆泵单级密封能力有限元分析

借助ANSYS11.0有限元软件建立螺杆泵定子二维有限元模型,计算出不同温度、压力下的临界密封压力;结果表明:受井下高压流体作用,定子橡胶衬套压缩变形,定转子过盈量减小;而定子橡胶衬套温胀,降低了定子容腔体积,使定转子过盈量增加。螺杆泵单级容腔临界密封压力随泵内压力的增加而降低,与井下温度呈正相关。

潜油螺杆泵密封特性与举升性能分析

为了充分认识螺杆泵的密封特性与举升性能,采用数值仿真软件对平面螺杆泵进行接触非线性分析,研究不同腔室压力下压差与接触应力的关系,并结合密封准则求出不同腔室压力下的临界密封压力,绘制出两者间的关系曲线,然后,研究了过盈量和橡胶硬度与临界密封压力之间的关系,给出了不同过盈量和橡胶硬度下的临界密封压力曲线,并采用多项式拟合方法给出临界密封压力与腔室压力之间的关系式。紧接着根据螺杆泵压力传递规律,分析了过盈量和橡胶硬度与螺杆泵扬程之间的定量关系,并研究了举升压力随密封腔数的变化规律。研究结果表明:接触应力随压差的增大而增大,随腔室压力的增大而减小;腔室之间的临界密封压力随腔室压力的增大而较小,且减小的速度逐渐变快,但此规律不受过盈量和橡胶硬度大小的影响;在相同腔室压力下,过盈量和橡胶硬度越大,临界密封压力就越大,螺杆泵的密封性能就越好;螺杆泵的扬程随过盈量的增大而呈线性增大,随橡胶硬度的增大而呈非线性增大;螺杆泵的举升压力随密封腔数的增加而增大,但增速逐渐变缓,最终达到一个最大值,这个最大值就是螺杆泵所能达到的最大举升压力,然后通过螺杆泵水力特性试验验证了结果的合理性。研究结果可为螺杆泵的研发以及实际应用提供借鉴参考。

橡胶泊松比对等壁厚单螺杆泵举升性能影响的试验研究

为了研究橡胶泊松比对等壁厚单螺杆泵举升能力的影响,对其进行了有限元模拟和试验研究。首先,采用Workbench软件对等壁厚单螺杆泵进行了接触非线性仿真,研究了不同容腔压强下的压差载荷与其接触应力的关系,总结出了容腔间临界密封压力的计算方法,计算得到了不同橡胶泊松比下等壁厚单螺杆泵的临界密封压力,并使用Origin软件对其进行了多项式拟合;然后,分析了橡胶泊松比与容腔间临界密封压力的关系,根据等壁厚单螺杆泵内部油压传导规律,计算得到了不同橡胶泊松比下的螺杆泵扬程,并分析了两者间的关系;最后,为了验证等壁厚单螺杆泵接触非线性仿真结果的正确性,对该螺杆泵进行了水力特性试验。研究结果表明:容腔间接触应力随压差载荷的增大而近似呈线性增大,随容腔压强的增大而减小;容腔间的临界密封压力随容腔压强的增大而近似呈非线性减小;在容腔压强一定时,容腔间的临界密封压力随橡胶泊松比的增大而增大,泊松比越大其等壁厚单螺杆泵内部就越不易漏失;螺杆泵的扬程随橡胶泊松比的增大而呈非线性增大,且增长的速率越来越快;试验中,等壁厚螺杆泵所能达到的最大扬程为10.85 MPa,仿真结果与试验结果误差仅为3.2%。以上研究结果可为等壁厚单螺杆泵未来的研究提供借鉴参考。