全金属单螺杆泵工作性能的仿真与实验研究

基于计算流体力学(CFD),选用三维瞬态湍流动网格模型,对双头全金属单螺杆泵进行流体仿真分析,编写CG宏函数实现动网格中流域动边界的行星运动,仿真研究不同黏度和转速对泵工作效率的影响,同时对该型全金属螺杆泵在不同黏度和转速下进行实验研究。结果表明:在稠油热采环境中,油液黏度较低(50 m Pa·s),提高转速可以有效改善容积效率和泵效;在稠油冷采环境中,油液黏度较高(50 m Pa·s),提高转速泵效先增大后减小,转速过大会引起定转子接触碰撞频率、油液对转子的正压力以及油液对转子的摩擦阻力的增大,使得泵效降低,容积效率维持在较高水平;该泵更适合于黏度较高液体的输送。     

具有内压缩过程的潜油螺杆泵设计与数值模拟

传统的全金属单螺杆泵的螺杆转子与定子在结构上没有内压缩过程,在用于井下潜油时需要较长的螺杆.为减小潜油螺杆泵的长度,提高其在油井中的通过性,提出一种具有内压缩过程且具有卸压通道的变啮合间隙全金属单螺杆泵.推导变啮合间隙全金属单螺杆泵截面的型线方程,研究啮合间隙的变化规律,得到新型变啮合间隙全金属单螺杆泵的设计方法.采用...     

不同配合方式螺杆泵的工作特性探讨

应用于油井举升的螺杆泵(PCP)存在传统过盈配合与新型间隙配合两种不同类型,两者工作特性存在显著差异,目前缺乏综合考虑定转子配合情况的螺杆泵工作特性研究。为此,引入配合参数的概念定量化描述定转子的配合情况,基于螺杆泵的基本结构与工作原理,对比研究了不同配合方式下螺杆泵的排量、能耗、效率等工作特性,并系统分析了配合参数对工作特性的影响。实例分析表明,基于不同配合方式的螺杆泵理论排量随配合参数的增大略有减小;过盈配合方式下存在明显的泵内摩擦,能耗特性受过盈值的影响较大,但可实现高于80%的容积效率;间隙配合方式下存在明显的漏失情况,排量特性受间隙值的影响较大,但可实现高于90%的机械效率;特定条件下采用间隙配合方式的螺杆泵具有更大的节能潜力。     

大型水轮发电机转子偏心下电感参数的有限元计算

由于实际生产中,大型水轮发电机的转子往往存在不同程度的偏心现象,造成气隙磁场分布畸变,直接影响发电机运行,故为探讨发电机偏心下的运行性能,需要计算转子偏心时的电机参数。采用二维磁场有限元法,计算了大型水轮发电机在转子偏心下的磁场分布以及定子和转子绕组的自感、互感参数。有限元分析和磁导法计算结果比较表明:转子偏心造成定子支路间、定转子支路间的电感不再对称,偏心朝向处的定子支路自感和定转子支路互感变大,反向处则变小。     

单螺杆泵定、转子最大滑动速度

针对国内各大油田逐步进入后期开采,螺杆泵采油技术是一种很有效的方法。选择合理的螺杆泵转速,是确保螺杆泵能否发挥最佳功效和工作寿命的关键,因为单螺杆泵定、转子相对运动速度,决定着定、转子表面的磨损。限制泵运行时转子与定子之间的最大滑动速度就显得尤为重要。因此根据螺杆泵运行原理,推导出了单螺杆泵转子在做行星运动时的最佳滑动速度,目的是为我们自主研发“电潜螺杆泵采油系统”中减速器方案的设计提供理论依据。     

凸轮转子型双定子叶片泵泄漏与容积效率分析

针对传统液压泵难以输出多种流量和压力的问题,结合凸轮转子叶片泵的结构及双定子的思想,提出一种新型凸轮转子型双定子叶片泵。该泵含有凸轮转子、外定子及内定子并在一个壳体内形成了两泵,两泵流量成比例,从而实现了多个压力、不同流量的输出,或者驱动多个压力、不同流量的液压系统同时工作。通过对凸轮转子型双定子叶片泵内部结构的分析,归纳出内、外泵在不同组合方式下的理论排量计算式,得出主要内泄漏途径。内泵单独供油、外泵单独供油和内外泵联合供油3种工作状态的比较表明,随着负载压力的增大,所提泵的容积效率随之降低,在同一输出压力下内泵单独工作时的容积效率最低,外泵单独工作时容积效率最高。该结果可为凸轮转子型双定子叶片泵的设计及应用提供参考。     

全金属螺杆泵漏失机理研究

传统的橡胶螺杆泵采用过盈方式啮合,当压力小于泵的击穿压力之前,泵没有漏失现象,但全金属螺杆泵定转子都是金属材质,且定转子之间采用间隙配合的啮合方式,所以即使在泵正常工作时,漏失也是一直存在的,研究全金属螺杆泵的漏失规律,为研究整个螺杆泵工作特性奠定基础。在同心环缝隙流动基础上充分考虑流体惯性力引起的压降漏失,研究全金属螺杆泵漏失计算通式,在对模型进行验证的基础上,分析漏失模型的影响因素,结果表明全金属螺杆泵漏失量主要受泵本身结构参数和泵送流体密度的影响,其中间隙高度为影响漏失的主要因素。     

水的黏度变化对低速大扭矩水压马达柱塞副泄漏流量的影响

为了提高低速大扭矩水压马达的容积效率,定量分析了水黏度对柱塞副泄漏流量损失的影响。首先根据水压马达实际运行状态确定了柱塞副的初始设计参数和水的性能参数,计算了定黏度下不同间隙、不同偏心距时的柱塞副泄漏流量。然后基于温升与压降的关系、黏温方程、黏压方程及流量方程,建立了变黏度条件下,水压马达在低速及高速情况下,柱塞副与转子缸孔同心及偏心时,柱塞副泄漏流量损失的数学模型。最后以环形间隙大小、偏心距和压差作为柱塞副的性能指标,详细分析了水的黏度对柱塞副泄漏流量的影响。研究表明:低速同心下,增大间隙2~10μm,减小水黏度,柱塞副的最大泄漏流量由0.002L/min增大至0.250 3L/min;高速同心下,柱塞副的最大泄漏流量由0.020 4L/min增大至0.261 1L/min。低速偏心下,增大偏心距1~4μm,减小水黏度,柱塞副的最大泄漏流量由0.017 5L/min增大至0.040 1L/min;高速偏心下,柱塞副的最大泄漏流量由0.021 9L/min增大至0.044 4L/min。因此,减小柱塞转子副的间隙,减小偏心距,增大水的黏度,柱塞副的泄漏流量降低,马达的容积效率提高。     

滑片泵在二甲醚发动机共轨燃料系统低压回路中的应用

二甲醚发动机中,利用高压氮气罐可克服共轨燃料系统低压回路中产生的气阻,但其本身因体积较大等不利于小型化车载应用。本文提出用滑片泵替代高压氮气罐作为加压装置,并运用AMESim进行仿真,模拟滑片泵在低压回路中的工作过程,确定其合理的参数。仿真结果表明,采用滑片泵作为加压装置,当取吸油区窗口幅角为(45°~155°)、压油区窗口幅角为(230°~324°)时,该滑片泵单个腔体输入压力可保持在0.5 MPa之上,峰值输出压力为2MPa,满足二甲醚发动机共轨燃料系统低压回路对供油压力的要求;输出流量的频率随转子转速的增大而变高,而与偏心距大小无关;增大滑片泵转子转速和偏心距均可有效增大滑片泵输出流量及其波动幅度;该滑片泵的偏心距为1.5mm、转速为400 r/min时,其输出流量更接近所需最大供油量4.56L/min,且波动幅度较小。     

旋转机械转子-机匣系统碰摩的随机响应

针对仅考虑具有质量偏心的旋转机械Jeffcott转子-机匣系统碰摩模型的动力学方程,进行了转子-机匣系统碰摩的随机响应研究·应用Kronecker代数、矩阵微分理论、向量值和矩阵值函数的二阶矩技术、矩阵摄动理论和概率统计方法系统地研究了转子-机匣系统碰摩的随机响应问题,推导出了一般的数学表达式,给出了数值分析解·分析了把转轴刚度和阻尼、定子刚度和阻尼、偏心距和定子径向刚度作为随机参数的随机系统的响应·分析表明,该转子系统在初始阶段振动强烈,响应幅值超过转子和定子之间的间隙,会发生碰摩现象·     

热采高温井全金属螺杆泵举升技术

为克服传统橡胶定子螺杆泵应用于热采高温井的局限性,全金属螺杆泵举升技术应运而生。为深入认识这一新型举升技术,基于间隙配合方式的基本结构分析了全金属螺杆泵的工作原理及技术特点,开展了全金属螺杆泵工作特性室内实验研究。实验结果表明,全金属螺杆泵具有较好的抽稠能力、高转速适应性及高扬程举升能力。该泵更适用于但不仅限于较高粘度介质的举升情况,低粘介质举升过程中可将合理提高转速作为保证举升能力的有效途径,热采高温井实际生产过程中需根据油井生产动态进行转速的实时调整。全金属螺杆泵举升技术满足注采一体化配套工艺要求,现场应用效果显著,具有广阔的发展前景。     

深抽井新型助抽设备增效机理及优化设计方法

由于存在冲程损失大、泵漏失严重等现象,深抽井有杆抽油系统泵效过低的问题较为突出。实践证明,井下分级助抽器能够有效提升深抽井泵效,但其具体增效机理即主控因素尚不明确,并缺乏有效的优化设计方法。针对上述问题,从分级助抽器增效机理入手,探究各机理的主控因素,构建相应的数学模型,并建立分级助抽器优化设计方法,确定合理参数。分析表明,分级助抽器能够有效降低冲程损失、控制泵漏失量,而分级助抽器间距、直径、气液比、冲程冲次等因素均会影响其增效效果, 建议助抽器间距为40~60m,与油管间隙为1~2mm。上述研究为深抽井的提产增效提供了依据。     

Jeffcott转子-环流耦合系统动力学建模及分析

基于湍流整体流动理论和摄动分析,建立了Jeffcott转子-环流耦合系统的动力学模型,并以大型屏蔽电机泵转子系统为例,采用复模态分析方法分析了转速、转子偏心和定、转子壁面摩擦效应对转子-环流耦合系统动力学特性的影响.结果表明：环流将导致转子的固有频率大幅下降,并产生模态分叉和跳变;转子偏心将导致转子失稳并使其失稳转速下降;定、转子壁面的摩擦效应能够显著提高转子的失稳转速.
     

双热源作用下螺杆泵定子非稳态温度场数值模拟

为了进一步探讨螺杆泵在油气田开发中出现的高温破坏问题,基于汽车滑移理论,采用单向解耦法,以GLB500和DGLB500螺杆泵为例分析定子温度场分布规律及散热性能,研究不同过盈量、转速下的定子增温。结果表明:螺杆泵定子温度场沿长轴对称分布,最高温度点位于定子橡胶衬套厚壁中心处,考虑摩擦生热时,最高温度点沿短轴方向向定子中心偏移;等壁厚螺杆泵散热性能较好且比较均匀,常规螺杆泵长轴方向散热能力优于短轴方向;不考虑摩擦生热时,定子增温与转子转速正相关,随定转子过盈量的增加呈抛物线趋势增加;在双热源作用下,定子增温随过盈量和转速急剧增加,并且等壁厚螺杆泵表现更为敏感。     

动叶优化对跨声速压气机级性能影响的数值研究

为研究动叶优化对于整级性能的影响,用优化动叶代替原型动叶在0.8~1.1倍设计转速进行了数值研究。结果显示,动叶优化后整级的通流能力得到提升,设计转速下堵塞流量较原型提升了0.53%;级性能得到了提高,在1.0倍和1.1倍设计转速时最高效率分别提升了0.45%、0.44%。0.8~0.9倍设计转速时,压比和效率变化不明显;动叶流道内激波结构变化不明显,叶顶和叶根的激波强度有所增加,中径处激波强度降低;动叶优化后,静叶叶顶区域进口气流角明显增大,恶化了静叶叶顶吸力面的流动状态,导致静叶吸力面叶顶分离区增大,静叶出口总压损失系数增加。     

叶尖间隙对小流量超音压气机级性能的影响

为研究叶尖间隙对级环境下压气机气动性能的影响,以带导叶的超音压气机级为研究对象,采用商用软件NUMECA对该压气机在转子叶尖间隙为0、0.3、0.6、0.9 mm时进行三维数值计算,分析了该压气机级气动性能及流动特点.结果表明:随着叶尖间隙的增大,转子叶尖处激波向上游移动;静子进口气流攻角增大,最终导致压气机稳定工作裕度、转子峰值点效率和静子低损失范围降低.叶尖间隙对进口导向器性能基本没有影响.