螺杆泵系统液压对结构作用机理的数值模拟研究

【摘要】： 螺杆泵作为一种人工举升工具在采油工程中得到广泛应用,但由于其位于深井下,对其内部运行情况的试验研究非常困难。以前的研究主要是基于经验的解释,没有给出实际工况下螺杆泵内部液压作用机理、转子运动规律等,尤其是缺乏对实际三维结构的研究。 本文采用有限体积法和有限元法两种方法,对大庆油田广泛使用的特定泵型进行了基于三维实际结构的数值模拟研究,阐述了转子运动过程中泵内各个腔室的压强变化规律以及压强分布对螺杆泵定转子的影响,进一步提出了采油过程中产生漏失和定子磨损的力学机理。计算流体动力学(CFD)分析得到螺杆泵内部液腔压力分布和液压对转子的作用力。采用有限元方法(FEM)对三维螺杆泵系统定转子过盈接触进行了数值模拟,分析了液压作用在转子上的力引起的定转子之间相互啮合关系,讨论了单螺杆泵系统受液压作用的影响。结果表明,液压力是螺杆泵产生漏失的主要原因之一,而液压力矩是定子产生磨损的主要原因之一。 这些数值模拟研究从流体和结构耦合作用角度分析了螺杆泵的工作特性,揭示了实际工作中的力学机理,提出了一种讨论螺杆泵特性的新方法和途径,对解释和研究螺杆泵工作特性有重要意义,为螺杆泵设计提供了理论依据。