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用于页岩气取心机器人的全金属单螺杆泵研究

庞青松  
【摘要】:页岩气长水平段旋转式井壁取心机器人,是以川渝地区的地质特点为基础,针对长水平段取心困难而研发设计的一款特种机器人,该取心机器人主要采取的控制方式为液压控制。小泵主要为小泵系统的液压元件提供液压动力,其性能的优劣直接影响整个小泵控制的液压系统的可靠性。因此本文选用各项性能均比较优异的全金属单螺杆泵来代替传统的齿轮泵和柱塞泵,使其在耐高温和输出流量脉动及输出压力稳定性方面得到改善。提高液压供给质量有助于减少系统压力、流量调节元件的安装数量和由于压力、流量波动带来的频繁调节,节约设计空间同时也延长液压系统的使用寿命。液压系统可靠性的提升有助于提高取心的收获率,高的岩心收获率将为川渝地区页岩气储层评估提供更加高效的取心作业。首先结合旋转式井壁取心机器人当下的技术情况研究了全金属单螺杆泵的国内外现状,为全金属单螺杆泵作为取心机器人液压系统的小泵提供了研究参考和方向。然后针对全金属单螺杆泵定转子的啮合线型及运动规律,建立定转子啮合面的线型方程和运动方程,并通过ADAMS对其进行刚体运动仿真,研究其运动规律并验证方程。以常见的全金属单螺杆泵型号为基础,通过Pumplinx仿真研究全金属单螺杆泵在高温工况下的流场特性。分别将介质粘度、单级增压值、介质温度、转子转速、定子导程、偏心距、定转子间隙值、转子半径作为变量探究不同变量值对流场特性的影响。基于性能最优原则确定全金属单螺杆泵结构参数比列,并在延续最优结构比列的基础上根据取心机器人的液压元件工作要求通过最后的流场仿真确定其结构和工作参数并验证。然后用UG对全金属单螺杆泵进行装配建模,通过ANSYS对模型进行模态分析,研究其振动特性。通过上述仿真研究可知,在设计空间有限、环境温度高、输出压力大的工况下,用全金属单螺杆泵代替传统小泵来作为液压动力源是可行的,具有一定工程应用价值和研究意义。


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