螺杆泵转子在定子型腔中与定子型腔接触时包括圆弧段接触和直线段接触,不同的接触段转子的受力不同。建立了螺杆泵转子与定子型腔直线段接触的动力学模型,通过数值仿真,分析了转子转速对系统响应的影响规律。结果表明转子与定子型腔一直存在接触碰摩,随着转子转速的增加,转子回转中心的回转半径在一定范围内呈周期性变化。

采油螺杆泵工作时,定子在高温介质作用下发生温胀和溶胀,使定子脆化、膨胀等,降低螺杆泵密封性能。通过试验测得橡胶材料体积热膨胀系数及水浸和油浸时的溶胀参数,推导橡胶定子自由膨胀变形量表达式;对定子温胀变形进行有限元计算,使用温度当量法分析定子溶胀特性,耦合温胀与溶胀载荷进行有限元计算,得到型线的温胀与溶胀耦合作用变形规律。结果表明:定子发生温胀与溶胀变形时,定子型腔内表面变形量与壁厚成比例,最大变形出现在定转子接触位置;溶胀产生的变形量远高于温胀变形量。对螺杆泵密封特性进行有限元分析,得到定转子间密封带接触应力随温度与过盈量变化规律。结果表明:接触应力随温度和过盈量的增大而增大,油浸时最大接触应力高于水浸。

以采油用普通内摆线型单头单螺杆泵的螺杆-衬套副为研究对象,利用理论分析、仿真模拟和有限元方法,分析了螺杆-衬套副的滑动速度和接触应力的分布规律。根据采油螺杆泵的工况,综合螺杆-衬套副的运动学和力学的研究结果,分析了衬套橡胶的磨损特点,确认衬套橡胶的磨损形式主要有摩擦磨损、磨粒磨损、疲劳磨损和粘着磨损。最后进一步分析阐述了各类磨损的作用机理,同时提出了预防和减轻各类磨损的方法和途径。

为了确定机械制造用橡胶材料的疲劳寿命,采用试验测定与理论分析相结合的方法对其展开研究。使用疲劳试验机对带有预制切口的哑铃型橡胶试件进行疲劳试验,确定其疲劳试验寿命;采用断裂力学的方法预测其理论疲劳寿命。通过对比分析试验疲劳寿命和预测寿命的相关性,确定用裂纹扩展法预测橡胶材料疲劳寿命是可行的。

以采油螺杆泵橡胶定子为研究对象,通过设置转子旋转速度、细化接触密封带网格、定义合理腔室压力等手段建立螺杆泵有限元分析模型,并对其进行分析,确定密封带的接触应力、定子横截面和内表面的剪应力,以及定子内表面的等效应力的分布规律,从而确定螺杆泵各个位置的受力变形情况。