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发布时间:2017-01-21  发布者:星河泵业

螺杆泵是石油工业中重要的人工举升设备,目前国内外油田使用的单螺杆泵采用金属转子和橡胶定子作为螺旋副,单螺杆泵的工作寿命主要取决于定子衬套材料的性能。国内目前主要采用丁腈橡胶作为螺杆泵定子衬套的材料,由于难以适应各种油井环境,大大影响了泵的工作范围和寿命(一般为3~6个月),限制了其在海洋和陆上深井原油开发中的应用。地面油气多相混输双螺杆泵转子和定子均选用金属材料加工,通过严格控制两个异向旋转螺杆之间的间隙,使之在运转过程中看起来似乎处于啮合状态但实际上并不相互接触。如果能将地面油气多相混输双螺杆泵工作原理应用于井下采油[1],就可以大幅延长螺杆泵工作寿命(一般为24个月以上)并提高其工作转速(3000r/min),从而实现增加检泵周期和提高单井原油排量的目标。在这一新型螺杆泵研发项目中,起到控制螺杆啮合间隙以保证螺杆不接触及功率分流作用的同步齿轮就成了核心部件。井下作业的高速、重载、高温以及井筒空间限制等因素都会严重影响齿轮的寿命,这给同步齿轮的性能提出了很高的要求。双圆弧圆柱齿轮具有多点接触、接触强度比相同材料和尺寸的渐开线齿轮高1.5~2倍、弯曲强度也有明显提高、相互啮合齿轮可用同一把刀具加工等优点,符合新型螺杆泵同步齿轮性能要求。

齿轮有限元分析模型

单齿对静态接触模型从理论上来说,双圆弧齿轮的轮齿是一个空间螺旋体,形状非常复杂,所以本文依靠ANSYS的APDL语言建立了优化后的双圆弧齿轮单对轮齿的三维有限元齿对接触模型。

分别给齿2的两个侧面和内圈节点组件施加全约束,齿1的侧面和内圈施加径向和轴向约束使其保留旋转自由度。齿1的内圈节点施加圆周切向力,使其力矩和等于轮齿1分得的总力矩,F处箭头表示力的方向。根据面对面接触对的定义原则,因为凹面的曲率半径比凸面的大,所以齿1和齿2的凹面建立目标面TARGE1和TARGE2,凸面建立接触面CONTA1和CONTA2.接触单元使用CONTA174,目标单元使用TARGE170.

多齿动态接触模型受Litvin教授对圆弧齿轮应力分析新方法的启发,本文提出一种柔性体动态接触模型:包括4个轮齿和完整的轮缘,轮缘用一系列一边位于轴线上的支撑叶片来联接。约束轴线上的节点的3个方向的平动自由度,保证齿轮绕齿轮轴的旋转。

齿轮动态性能分析应用ANSYS对双圆弧齿轮轴进行动态性能分析。网格:网格设计是考虑用正规六面体单元划分,计算精度高,单元和节点数少。边界条件:两齿轮左右的圆锥滚子轴承和滚针轴承,处理为径向约束,圆锥滚子轴承同时起轴向约束的作用。

载荷:(1)齿轮上的载荷处理为线载荷,由于本齿轮的接触点在半边齿轮上同时有4个接触点,其接触宽度较宽,且接触点高速轴向移动,所以可近似处理成分布在齿宽的线载荷。(2)两端的花键,一端处理为约束,另一端施加等效切向力扭矩。

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