论文总字数：23628字

摘 要

单螺杆泵作为一种高效的能量转换设备，由于它具有高效，稳定等优点，被广泛应用于各个工业领域，尤其是在石油开采行业，短短几十年螺杆泵的设计制造技术得到了迅猛的发展。然而石油开采的环境恶劣：温度跨度大、压力大，因此研究螺杆泵的运动规律很有必要。本文阐述了螺杆泵的设计计算和成型规律，通过经验公式和行业标准设计了一台泵，确定了此螺杆泵的结构参数、轴向力、齿廓等。本文的主要研究工作与结论如下：

（1）根据给定参数流量Q=80L/min、进出口压力P=2.4MPa，设计一台单螺杆泵设计，得到了螺杆泵的结构参数、轴向力、齿廓等即螺杆的切面圆直径d=48mm，导程T=217mm。得到复杂螺杆型面的型线方程，计算软件建模所需的轮廓线方程。

（2）基于Pro/E设计精确建模的基本过程，通过轮廓线方程得到曲线，再使用螺旋扫描完成复杂螺杆的建模。用相同的方法分别创建定子和转子的3D模型 ,并将转子和定子进行虚拟装配成单螺杆泵。

（3）利用Pro/E软件的机构运动分析模块(Mechanism)对单螺杆泵进行运动仿真 ,得到仿真运动的运动动图，再通过 Mechanism所绘制的曲线 ,得到螺杆上几个不同的点的轨迹、位移、速度等运动学分量进行图线分析 ,从而分析螺杆泵的运动规律。

关键词：单螺杆泵，设计，模拟，运动学仿真

ABSTRACT

Single screw pump as a highly efficient energy conversion equipment is widely used in various industrial fields, especially in the petroleum industry due to its high efficiency, stable operation and other advantages, the design and manufacturing technology of screw pump has been the rapid development in short decades . However the place of oil exploration is in the harsh environment: great temperature variation, large pressure change. Therefore, the study of the motion law of the screw pump is necessary .In this paper, I elaborate the design calculation and forming rule of the screw pumps,and using the empirical formula and the industry standard to design a pump, and obtain the structural parameters of the screw pump, axial force, tooth profile. In this paper, the main research work and conclusions are as follows:

1. According to the given parameter : Q=80L/min import and export pressure P=2.4MPa to design a single screw pump , the structural parameters of the screw pump, axial force and tooth profile are obtained. Screw section diameter d=48mm, guide T=217mm, the total pump has four guide process etc.. Get the curve equation of complex screw type surface， and calculated contour line equation that software model are required.
2. Based on software Pro / E design the basic process of precise modeling, the contour equation curve can be obtained. And then use the helical scan to complete modeling of the complex screw. Creating the 3D model of the stator with the same method respectively, and bushing and rotor and stator of virtual assembly into a single screw pump.

(3) Using mechanism motion of Pro / E software to analysis module (mechanism) of single screw pump for motion simulation, obtained the motion simulation of the motion picture, and through the mechanism of the drawn curve and screw on several different point of the trajectory to obtain displacement, velocity of these different point .These parameter were line graph analysis, finally analyzed the motion law of the screw pump.

Keywords: single screw pump;design, simulation;kinematics simulation

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2螺杆泵简介及发展动向 2

1.2.1 螺杆泵简介 2

1.2.2 单螺杆泵的结构及工作原理 2

1.2.3 螺杆泵型线的研究 3

1.2.4 单螺杆泵在采油中的应用 4

1.2.5 螺杆泵的发展存在的问题与其发展动向 5

1.3本文的主要研究思路及用的软件 5

1.3.1 Pro/E对螺杆泵设计的影响 5

1.3.2 本文主要研究问题及其思路和方法 6

1.4 本文研究内容 6

第二章 螺杆泵的设计计算 8

2.1单螺杆泵的结构 8

2.2单螺杆泵的设计计算 8

2.2.1螺杆和衬套结构参数的确定 8

2.2.2螺杆和衬套的齿廓 10

2.2.3螺杆和衬套工作表面积和容积的确定 13

2.2.4轴向力计算 14

2.3螺杆和衬套的材料 16

2.4 本章小结 17

第三章 单螺杆泵的建模 18

3.1转子的建模 18

3.2定子的建模 23

3.3零件的装配 28

3.4 本章小结 29

第四章 螺杆泵的运动仿真及位置分析 30

4.1机构模块简介 30

4.2运动仿真模型的创建 30

4.2.1运动轨迹分析 30

4.2.2添加伺服电动机 32

4.3运动学仿真分析 35

4.3.1螺杆外表面上点的运动轨迹 35

4.3.2螺杆上点的位移 35

4.4 本章小结 40

第五章 结论与展望 41

5.1 本文主要工作以及结论 41

5.2 展望 41

参考文献 43

致谢 45

第一章 绪论

1.1 课题背景

采油用螺杆泵作为一种高效的稳定的能量传输设备，拥有构造简便、操作便利、经济性能好、节能效果不错等优点，已经在世界各地的油田开采现场得到了普遍的应用。螺杆泵是一种容积式泵，它的运动部件仅含有螺杆，没有阀体，流道十分简单，具有诸多优点包括：连续且稳定的输送介质、水力损失较低以及不易沉积沙粒等。与应用潜油电泵、柱塞泵等采油的方法相比，优势很明显，因此得到了世界各地油田开采单位的重视，已经成为一种重要的采油工具 ^[1]。

在八十多年前法国人莫依诺就已经发明了螺杆泵，他还同时得到了螺杆泵的专利。之后在各种工业中都采用莫依诺的原理，它也得到了迅速的发展和应用。20世纪60年代，为了开发提升原油因而研发了潜油螺杆泵采油系统，由于这种螺杆泵转子可达2800~3000r/min的高转速，因此要求定子橡胶具备较高的耐磨损和耐疲劳性能，但限于当时技术条件不足，加之举升系统的结构复杂、成本高等因素，它没有得到广泛认可和推广。到了20世纪末，一些发达国家研究并发明了地面驱动螺杆泵采油系统，其中的排量为2~300m³/d，扬程是500~2000m的一些产品，得到了广泛推广及应用。

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