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第9卷 第24期 2009年 12月 科 学 技 术 与 工 程 Vo1.9 No.24 Dec.2009 1671—1819(2009)24—7342—04 ScienceTechnologyandEngineering ⑥ 2009 Sci.Tech.Engng. GLBI20~27型采油螺杆泵的静力学特性分析 韩国有 史建强 杜秀华 郭 颖 (大庆石油学院机械科学与工程学院,大庆 163318;大庆油田有限责任公司采油工程研究院 ,大庆 163453) 摘 要 针对单螺杆泵转子与定子橡胶 间的磨损,根据其工作原理和结构特点,用 SolidWorks2007建立 了油田广泛应用的 GLB120--27单螺杆泵的实体模型。利用有限元分析软件ANSYS11.0,选用四面体单元 SOLID45和六面体单元 SOLID185,并 采用映射网格与 自由网格相结合的网格划分方法,再模拟螺杆泵工作参数,即压力、扭矩、过盈量以及温度等环境因素,建立 多种工况的有限元模型。运用ANSYS进行力学分析,得出剪应力、接触压力等力学参量的分布规律,为分析螺杆泵的磨损机 理奠定基础。 关键词 单螺杆泵 定子橡胶 磨损 有限元 中图法分类号 TE921.2; 文献标志码 A 单螺杆泵在抽汲高黏度、高含气量和高含砂量 用,但要保证单元的相容性。定子是决定螺杆泵寿 的原油方面具有独特的效果,在机械采油中被广泛 命的关键部件 ,因此定子橡胶是本文研究的主要对 应用。单螺杆泵的核心部件是定子和转子,但 由于 象,为了减少计算量,转子采用四面体单元SOLID45 受到工作温度、磨损、应用条件的限制,使得螺杆泵 生成,定子橡胶采用计算精度较高的六面体单元 定子橡胶的使用寿命很短 j。笔者根据螺杆泵的 SOLID185生成。单元选择之后,要合理地确定有限 工作原理和结构特点,利用有限元分析软件 AN. 元网格的疏密程度保证影响精度 的结构部位都具 SYS11.0 j建立了GLB120--27型螺杆泵的三维有 , 有理想的单元网格 。实体模型的网格划分可分为 限元模型,并对模型进行有限元力学分析,为进一 自由网格划分及映射网格划分。经过大量的尝试 步进行磨损分析延长螺杆泵寿命奠定基础。 得出一组较合理的网格尺寸,即转子网格为5film, 定子网格为4mm。笔者采用映射网格与 自由网格 1 单螺杆泵GLB120--27有限元模型 相结合的方法在实体模型中进行划分。 1.3 定子橡胶的本构关系及材料常数的确定 1.1 实体模型的建立 对于定子橡胶材料,本文采用 Mooney-Rivlin模 根据GLB120--27螺杆泵的结构参数 J,即定 型来模拟定子的本构关系,其应变能密度 函数表 子橡胶外径77mm,转子直径38mm,定子与转子的 达式 : 偏心距 5mm,导程 160mm,过盈量 0.3him,利用 W :C1(,l一3)+C2( 一3) (1) SolidWorks2007建立该螺杆泵的三维实体模型。 式(1)中c,c:为本构关系常数,,。,,2为变形张量。 1.2 单元选择与网格划分 根据文献 [4]中给出的公式来确定Mooney模 有限元模型可以由点单元、线单元、面单元或 型常数C,和 c,公式为 实体单元组成,也可将不同的类型的单元混合使 + cz 2(
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