摘 要

本论文研究的泵是G85-2。螺杆泵由金属螺杆与橡胶衬套组成，它的外形较复杂，其装配的方式一般采用过盈装配。本论文中所研究的是应用于采油方面的螺杆泵。对于螺杆泵的研究有利于延长螺杆泵寿命，降低使用者费用有重要意义。

（1），使用pro/E对该泵定子和转子进行几何建模，模拟装配，获得实体模型。

（2）将所建几何模型导入ANSYS中，在基于ANSYS对不同过盈量进行应力分析，本文研究的过盈量分别为0.3，0.4，0.5，0.6毫米，分析结果是最大接触应力分别是0.5，0.7，0.9，1.1MPa，轴向接触应力分布规律是，轴向接触应力分布不均，最大接触应力靠近输入端，同一半圆带或螺旋带接触应力分布不均匀

（3）基于软件分析结果进行的摩擦磨损实验研究。实验过程是用丁腈橡胶的配方，在混练机上进行混练，接着在平板硫化机上硫化，获取实验试样，在进行重量，硬度测量，最后在摩擦磨损验机进行实验，基于接触应力所做的摩擦磨损实验结果是：摩擦系数都是先增加后减小在稳定在某一值，在0.5-0.7MPa稳定摩擦系数增加，在0.7-1.1MPa稳定摩擦系数减小，且磨损量损失率比0.5-0.7MPa大，接触应力变大带来橡胶大块掉落，熔化，表面凹凸不平的现象。根据摩擦学理论我们对这种现象的解释是，干摩擦时开始发生磨粒磨损，这是由于定子橡胶表面没法做到绝对水平，磨粒磨损会破坏定子表面和引起进一步的表面划伤。当应力过大时，磨削过程中热量无法散去而导致定子橡胶熔化和发生粘着磨损。当发生磨粒磨损时表明转子与定子发生干摩擦，如果发生定子橡胶大块掉落则发生了粘着磨损，对于橡胶磨损的研究指导我们对定子与转子在接触过程中的接触应力控制来避免螺杆泵磨损，同时由于不同磨损程度现象可以让我在实际生产过程中防止进一步恶化。

关键词：单螺杆泵 模拟装配 接触应力 摩擦磨损实验

ABSTRACT

The pump studied in this paper is G85-2. The screw pump is composed of a metal screw and a rubber bush. Its shape is more complex and its assembly method generally uses an interference fit. In this paper, we study the screw pump used in oil production. The study of the screw pump is beneficial to prolong the life of the screw pump and reduce the cost of the user.

(1) Using pro/E to geometrically model the stator and rotor of the pump, simulate the assembly and obtain the solid model.

(2) The geometry model was imported into ANSYS. Stress analysis was performed on different interferences based on ANSYS. The interferences studied in this paper were 0.3, 0.4, 0.5, and 0.6 mm, respectively. The analysis results showed that the maximum contact stress was 0.5. , 0.7, 0.9, 1.1MPa, The axial contact stress distribution rule is that the axial contact stress is unevenly distributed, the maximum contact stress is close to the input end, and the contact stress of the same semicircular belt or spiral band is unevenly distributed.

(3) Experimental study on friction and wear based on software analysis results. The experimental process is to use nitrile rubber formula, in the kneading machine for kneading, followed by vulcanization in a flat vulcanizing machine, to obtain experimental samples, in the weight, hardness measurement, and finally in the friction and wear test machine experiments, based on the contact stress The friction and wear test results are: the friction coefficient is first increased and then decreased at a stable value, the stable friction coefficient increases at 0.5-0.7MPa, the stable friction coefficient decreases at 0.7-1.1MPa, and the wear loss rate It is larger than 0.5-0.7MPa, and the contact stress becomes large, causing the rubber to drop, melt, and uneven surface. According to the theory of tribology, we explain the phenomenon that abrasive wear begins to occur on dry friction. This is due to the fact that the surface of the stator rubber cannot be set to an absolute level. Abrasive wear can damage the stator surface and cause further surface scratches. When the stress is too large, the heat cannot be dissipated during the grinding process, resulting in melting of the stator rubber and adhesive wear. Abrasive wear indicates dry friction between the rotor and the stator. Adhesion wear occurs if a large drop of the stator rubber occurs. The study of the wear of the rubber guides us to control the contact stress between the stator and the rotor during contact to avoid the screw. Pump wear, and because of the different levels of wear allow me to prevent further deterioration in the actual production process

Key Words:Single screw pump;Analog assembly;Contact stress;Friction and wear test

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1螺杆泵概述 1

1.2 螺杆泵的工作原理及发展动向 1

1.2.1螺杆泵结构 1

1.2.2转子在定子中的运动规律 2

1.2.3螺杆泵工作原理 2

1.3国内外螺杆泵的研究现状 2

1.4本文研究内容 2

第二章 基于PRO/E单螺杆泵几何建模 5

2.1单螺杆泵的转子几何建模 5

2.2单螺杆泵的定子几何建模 8

2.3单螺杆泵的定子与转子的装配 10

2.4小结 11

第三章 螺杆泵的接触应力分析 12

3.1导入模型 12

3.1.1导入模型 12

3.1.2设置单元类型 13

3.1.3定义材料 13

3.2划分网格 13

3.3接触面的建立 15

3.4小结 19

第四章 螺杆泵定子材料的摩擦磨损性能试验及其分析 20

4.1 定子橡胶摩擦磨损理论 20

4.2 试验对象和设备 20

4.3摩擦磨损试验 21

4.3.1 试验步骤 21

4.3.2 实验内容 22

4.4试验数据处理和结果分析 23

4.5 本章小结 26

第五章结论与展望及经济评价 27

5.1 本文结论 27

5.2关于螺杆的展望 27

5.3经济评价 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1螺杆泵概述

泵是将动能转换为压力能的流体机械，它是将原动机能量转换为输送的液体压能，使其获得较大的压能。螺杆泵按其作用原理属于容积式泵。螺杆泵可以分为单吸式和双吸式也可分为单头和双头螺杆泵。螺杆泵对比离心泵的优势在组件少，运输介质范围广，能运输含砂，高粘度物料。正是因为螺杆泵具备诸多优势^[3]，所以在化工、船舶以及食品等领域都获得了极为广泛的普及。最关键是螺杆泵在石油领域也占据着极高的地位，随着工业化进程的不断推进，螺杆泵在生产当中越来越规范化，产品质量与制造水平随之上升。

螺杆泵作为最具代表性的举升设备，其诞生由来已久。在上世纪20年代的时候，法国人莫尔开始致力于对螺杆泵的研究，经过大量的研究和实验，最终产生了全世界范围内首个单螺杆水力机械采油螺杆泵。至此，螺杆泵正式被人们所认识。到了30年代的时候，以美国为首的发达国家开始投入对杆泵原理的研究之中，最终成功的拿到了专利权。由此开始批量生产螺杆泵。他们在生产过程中对螺杆泵技术的改进与研发，使它在工业应用方面得到了广泛使用。井下潜油电动机作为动力源是40年代美国首先发明的，螺杆泵的工业应用是由smith international在50年代开始的，他们将螺杆泵用于开发钻井用的钻具上，苏联科学家在60年代使用单螺杆泵采油系统用于井下原油的举升，由于成本高，最后没能在石油工业中大范围的使用，由于石油开采的迫切需要使得美国，德国等国家研发了地面驱动螺杆泵，其优良的机械性能，廉价的成本使得它到了大规模应用。80年代的时候，我国正式从国外引入了螺杆泵设备，并开始投入使用。后来，通过对螺杆泵的充分了解和研究，我们开始自主研发形成独立自主的生产工厂，90年代，我国开始研究地面驱动螺杆泵，形成了多种系列产品，并得到推广运用^[4-7]。

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