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《燕山大学》 2013年
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抽油泵寿命的可靠性预测方法研究

冯国弟  
【摘要】:抽油泵是有杆抽油系统中最主要的举升设备,也是有杆抽油系统中的薄弱环节之一。抽油泵在使用过程中长期承受交变载荷、液体腐蚀,砂粒磨损等,抽油泵失效问题愈来愈突出。其中,疲劳断裂、磨损漏失是抽油泵最主要的失效形式。本文针对目前抽油泵失效严重的实际,开展抽油泵寿命的可靠性研究,为抽油泵合理使用、维修提供理论指导,对降低采油成本,提高开采效率具有重大的现实意义。本文的研究内容主要包括以下几个方面: 建立了基于不同失效形式下的抽油泵故障树模型,运用故障树分析法对抽油泵故障树进行了定性和定量分析;分析结果表明,游动阀罩断裂、固定阀座磨损、固定阀罩断裂以及柱塞泵筒磨损对抽油泵失效影响较大; 运用多相流理论和气体多变过程理论研究了泵筒内的液体压力,建立了抽油泵各构件环境载荷的计算模型;综合考虑液体阻力、压缩性以及气体的影响,并考虑泵阀运动的魏氏效应、动力特性以及泵筒内液体的连续流条件,分段建立了不同时期泵阀运动规律的数学模型; 建立了抽油泵结构件的应力分析模型;运用ANSYS/LS_DYNA分析了泵阀的最大冲击应力,建立了冲击应力的回归模型;综合考虑影响寿命的各种因素,结合材料的S-N曲线和线性累积损伤理论,建立了抽油泵零部件寿命的计算模型;综合考虑载荷的测量误差、材料机械性能、加工质量等的不确定性,建立了抽油泵结构件疲劳寿命可靠性预测模型和阀组件冲击疲劳寿命可靠性预测模型;建立了柱塞泵筒磨损寿命可靠性预测模型,考虑材料硬度、磨粒密度、磨粒直径等的随机性,运用蒙特卡洛模拟法获得其数值解; 通过VB6.0编写了《抽油泵寿命可靠性仿真分析软件》,研究了抽油泵泵阀的运动规律;分析了冲程、冲次、动液面等参数对阀球速度、抽油泵零部件寿命可靠性的影响;分析了材料硬度、磨粒密度、磨粒直径等参数对柱塞泵筒磨损寿命可靠性的影响,提出了提高疲劳可靠度的措施。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TE933;TB114.3

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