F-1300泥浆泵仿生活塞优化设计及试验研究
发布时间：2022-01-08 00:27
在油田钻井中,泥浆泵是一个薄弱环节。泥浆泵工作的环境差,其部件容易磨损失效。活塞是泥浆泵最易磨损失效部件。我国是原油生产大国,提高泥浆泵活塞的使用寿命对于采油行业的节能降耗具有重要的意义。泥浆泵活塞在缸套内往复运动,要延长泥浆泵活塞的使用寿命,需增大活塞的耐磨性能。在过去的70多年里,改变表面形态的表面工程方法已被证明可有效的减少摩擦和磨损。经过千百万年的进化,一些生物已形成了具有优异摩擦特性的表面纹理,其表面织构可用于耐磨设备表面的设计制造。因此,本文以蚯蚓体表功能为设计基础,并结合大量有关耐磨、减阻的研究成果,设计表面具有凹坑形和条纹形的泥浆泵仿生活塞,对仿生活塞的性能进行理论和试验的研究。设计不同结构参数的凹坑活塞和条纹活塞。由于活塞表面的接触压力与活塞的密封性能相关,摩擦应力与活塞的耐磨性相关,所以利用有限元软件分析仿生活塞表面的接触压力和摩擦应力。结果表明,仿生活塞表面的最大接触压力、最大摩擦应力均比标准活塞的大。凹坑活塞最大接触压力和最大摩擦应力受凹坑直径影响最大,凹坑夹角影响次之,凹坑深度影响最小。当凹坑直径为4.5mm,凹坑夹角为15°,凹坑深度为4mm时,凹坑活塞的最...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
018年底国内石油公司累计探明石油地质储量[3]
吉林大学博士学位论文4的要求。泥浆泵活塞芯普遍采用低碳钢或黄铜，碳钢便于加工制造，成本相对低，渗碳后有较好的耐磨性。黄铜有很好的润滑特性，铜和其合金有很好的耐腐蚀能力并利于散热，但成本相对高[43]。1.2.2泥浆泵活塞结构改进现在泥浆泵使用的活塞，从结构上常分为两类：整体式活塞和组装式活塞[53]。整体式活塞是皮碗和活塞芯子成为一体，即皮碗硫化在钢芯上，如图1.2所示。当活塞往复运动的时候，皮碗容易从钢芯上脱落，进入到钢芯和缸套的间隙中，发生挤伤啃蚀失效，此活塞的使用寿命短，不停的更换失效活塞，增加了工人的劳动强度和钻井的成本，使得生产效率降低了。图1.2整体式活塞[53]Fig.1.2Integralpiston[53].图1.3中的组装式活塞，皮碗和钢芯是可拆的，可以单独更换皮碗和钢芯，并且可以重复使用。此种活塞的皮碗套在钢芯上，依靠压板和卡簧的固定作用。与整体式结构相比，结构比较牢固，皮碗从钢芯上脱落困难；更换活塞时，需取下卡簧和压板，更换单独磨损的皮碗，钢芯可以重复使用。通过调节压板和卡簧的松紧，调节此种活塞皮碗的过盈量，而整体式则不能。图1.3组装式活塞[53]Fig.1.3Assembledpiston[53].
吉林大学博士学位论文4的要求。泥浆泵活塞芯普遍采用低碳钢或黄铜，碳钢便于加工制造，成本相对低，渗碳后有较好的耐磨性。黄铜有很好的润滑特性，铜和其合金有很好的耐腐蚀能力并利于散热，但成本相对高[43]。1.2.2泥浆泵活塞结构改进现在泥浆泵使用的活塞，从结构上常分为两类：整体式活塞和组装式活塞[53]。整体式活塞是皮碗和活塞芯子成为一体，即皮碗硫化在钢芯上，如图1.2所示。当活塞往复运动的时候，皮碗容易从钢芯上脱落，进入到钢芯和缸套的间隙中，发生挤伤啃蚀失效，此活塞的使用寿命短，不停的更换失效活塞，增加了工人的劳动强度和钻井的成本，使得生产效率降低了。图1.2整体式活塞[53]Fig.1.2Integralpiston[53].图1.3中的组装式活塞，皮碗和钢芯是可拆的，可以单独更换皮碗和钢芯，并且可以重复使用。此种活塞的皮碗套在钢芯上，依靠压板和卡簧的固定作用。与整体式结构相比，结构比较牢固，皮碗从钢芯上脱落困难；更换活塞时，需取下卡簧和压板，更换单独磨损的皮碗，钢芯可以重复使用。通过调节压板和卡簧的松紧，调节此种活塞皮碗的过盈量，而整体式则不能。图1.3组装式活塞[53]Fig.1.3Assembledpiston[53].
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国石油勘探开发形势与发展前景展望[J]. 吴永超,凡哲元,张中华,程喆,张华珍. 当代石油石化. 2019(12)
[2]双边政治关系与我国石油进口安全——基于PPML模型的经验分析[J]. 刘建,方荷琴. 当代财经. 2019(12)
[3]橡胶O形圈/不锈钢配副往复摩擦生热特性[J]. 孔亚彬,沈明学,张执南,孟祥铠,彭旭东. 上海交通大学学报. 2019(11)
[4]2018年国内外油气资源形势分析[J]. 王彧嫣,白羽,黄书君,李文博,樊大磊. 中国矿业. 2019(07)
[5]弹塑性摩擦接触热力耦合问题的分析[J]. 吴爱中,符栋良. 机械设计. 2018(07)
[6]基于W-M分形函数的三维粗糙表面摩擦生热研究[J]. 刘宇,邓宏盛,张生芳,沙智华,马付建,尹剑. 中国工程机械学报. 2018(03)
[7]新型模块化钻井泥浆泵活塞结构设计与应用研究[J]. 朱晓梅,张志毅,李贲,郑国栋. 科技风. 2017(04)
[8]仿生非光滑水田犁壁的设计及田间应用试验[J]. 金俊,李建桥,张广权,李英日,朴明哲,黄晗. 农机化研究. 2015(12)
[9]密封圈热-结构耦合场参数化有限元分析[J]. 杨秀萍,于润生,刘学新. 橡胶工业. 2015(09)
[10]基于仿生的非光滑表面防污减阻技术发展现状分析[J]. 王雄,白秀琴,袁成清. 船舶工程. 2015(06)
博士论文
[1]内燃机活塞裙部减磨降阻仿生形态设计与研究[D]. 吴波.吉林大学 2015
[2]泥浆泵活塞仿生优化设计及其耐磨密封性能研究[D]. 汝绍锋.吉林大学 2015
[3]网格型仿生表面形态汽车齿轮抗疲劳性能研究与数值模拟[D]. 吕尤.吉林大学 2012
[4]凹坑型仿生形态汽车齿轮耐磨性能试验研究与数值模拟[D]. 董立春.吉林大学 2010
[5]铝合金板温成形接触和摩擦问题的研究[D]. 张伟.华中科技大学 2008
[6]活塞缸套系统仿生非光滑界面摩擦与润滑机理的研究[D]. 杨洪秀.吉林大学 2008
[7]凹坑形仿生非光滑轧辊耐磨性研究[D]. 杨卓娟.吉林大学 2006
[8]内燃机活塞缸套系统非光滑效应的仿生研究[D]. 邓宝清.吉林大学 2004
硕士论文
[1]仿生推土板准线变曲率规律及其减阻性能研究[D]. 贾得顺.河南科技大学 2019
[2]灰铸铁耦合仿生模型与刹车片的匹配研究[D]. 薄海峰.吉林大学 2018
[3]基于ANSYS的粗糙表面高温接触摩擦热力耦合分析[D]. 王超.合肥工业大学 2018
[4]高密封性泥浆泵活塞的试验研究及机理分析[D]. 孙艺文.吉林大学 2017
[5]滑动摩擦温度场及传热过程熵产生分析[D]. 甘信滨.东北大学 2015
[6]仿生耦合处理灰铸铁与刹车片的匹配研究[D]. 苏杭.吉林大学 2013
[7]BW-150泥浆泵排量不均匀度和关键零件寿命研究[D]. 秦华生.中南大学 2013
[8]双压力角非对称渐开线直齿轮的应力分析及齿廓曲线的优化[D]. 宋波.太原理工大学 2008
[9]汽车齿轮表面形态仿生抗疲劳研究[D]. 王玉洁.吉林大学 2008
[10]钢—铜—塑三层复合材料端面摩擦条件下的温度场研究[D]. 徐鸿雁.合肥工业大学 2007
本文编号：3575551
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
018年底国内石油公司累计探明石油地质储量[3]
吉林大学博士学位论文4的要求。泥浆泵活塞芯普遍采用低碳钢或黄铜，碳钢便于加工制造，成本相对低，渗碳后有较好的耐磨性。黄铜有很好的润滑特性，铜和其合金有很好的耐腐蚀能力并利于散热，但成本相对高[43]。1.2.2泥浆泵活塞结构改进现在泥浆泵使用的活塞，从结构上常分为两类：整体式活塞和组装式活塞[53]。整体式活塞是皮碗和活塞芯子成为一体，即皮碗硫化在钢芯上，如图1.2所示。当活塞往复运动的时候，皮碗容易从钢芯上脱落，进入到钢芯和缸套的间隙中，发生挤伤啃蚀失效，此活塞的使用寿命短，不停的更换失效活塞，增加了工人的劳动强度和钻井的成本，使得生产效率降低了。图1.2整体式活塞[53]Fig.1.2Integralpiston[53].图1.3中的组装式活塞，皮碗和钢芯是可拆的，可以单独更换皮碗和钢芯，并且可以重复使用。此种活塞的皮碗套在钢芯上，依靠压板和卡簧的固定作用。与整体式结构相比，结构比较牢固，皮碗从钢芯上脱落困难；更换活塞时，需取下卡簧和压板，更换单独磨损的皮碗，钢芯可以重复使用。通过调节压板和卡簧的松紧，调节此种活塞皮碗的过盈量，而整体式则不能。图1.3组装式活塞[53]Fig.1.3Assembledpiston[53].
吉林大学博士学位论文4的要求。泥浆泵活塞芯普遍采用低碳钢或黄铜，碳钢便于加工制造，成本相对低，渗碳后有较好的耐磨性。黄铜有很好的润滑特性，铜和其合金有很好的耐腐蚀能力并利于散热，但成本相对高[43]。1.2.2泥浆泵活塞结构改进现在泥浆泵使用的活塞，从结构上常分为两类：整体式活塞和组装式活塞[53]。整体式活塞是皮碗和活塞芯子成为一体，即皮碗硫化在钢芯上，如图1.2所示。当活塞往复运动的时候，皮碗容易从钢芯上脱落，进入到钢芯和缸套的间隙中，发生挤伤啃蚀失效，此活塞的使用寿命短，不停的更换失效活塞，增加了工人的劳动强度和钻井的成本，使得生产效率降低了。图1.2整体式活塞[53]Fig.1.2Integralpiston[53].图1.3中的组装式活塞，皮碗和钢芯是可拆的，可以单独更换皮碗和钢芯，并且可以重复使用。此种活塞的皮碗套在钢芯上，依靠压板和卡簧的固定作用。与整体式结构相比，结构比较牢固，皮碗从钢芯上脱落困难；更换活塞时，需取下卡簧和压板，更换单独磨损的皮碗，钢芯可以重复使用。通过调节压板和卡簧的松紧，调节此种活塞皮碗的过盈量，而整体式则不能。图1.3组装式活塞[53]Fig.1.3Assembledpiston[53].
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国石油勘探开发形势与发展前景展望[J]. 吴永超,凡哲元,张中华,程喆,张华珍. 当代石油石化. 2019(12)
[2]双边政治关系与我国石油进口安全——基于PPML模型的经验分析[J]. 刘建,方荷琴. 当代财经. 2019(12)
[3]橡胶O形圈/不锈钢配副往复摩擦生热特性[J]. 孔亚彬,沈明学,张执南,孟祥铠,彭旭东. 上海交通大学学报. 2019(11)
[4]2018年国内外油气资源形势分析[J]. 王彧嫣,白羽,黄书君,李文博,樊大磊. 中国矿业. 2019(07)
[5]弹塑性摩擦接触热力耦合问题的分析[J]. 吴爱中,符栋良. 机械设计. 2018(07)
[6]基于W-M分形函数的三维粗糙表面摩擦生热研究[J]. 刘宇,邓宏盛,张生芳,沙智华,马付建,尹剑. 中国工程机械学报. 2018(03)
[7]新型模块化钻井泥浆泵活塞结构设计与应用研究[J]. 朱晓梅,张志毅,李贲,郑国栋. 科技风. 2017(04)
[8]仿生非光滑水田犁壁的设计及田间应用试验[J]. 金俊,李建桥,张广权,李英日,朴明哲,黄晗. 农机化研究. 2015(12)
[9]密封圈热-结构耦合场参数化有限元分析[J]. 杨秀萍,于润生,刘学新. 橡胶工业. 2015(09)
[10]基于仿生的非光滑表面防污减阻技术发展现状分析[J]. 王雄,白秀琴,袁成清. 船舶工程. 2015(06)
博士论文
[1]内燃机活塞裙部减磨降阻仿生形态设计与研究[D]. 吴波.吉林大学 2015
[2]泥浆泵活塞仿生优化设计及其耐磨密封性能研究[D]. 汝绍锋.吉林大学 2015
[3]网格型仿生表面形态汽车齿轮抗疲劳性能研究与数值模拟[D]. 吕尤.吉林大学 2012
[4]凹坑型仿生形态汽车齿轮耐磨性能试验研究与数值模拟[D]. 董立春.吉林大学 2010
[5]铝合金板温成形接触和摩擦问题的研究[D]. 张伟.华中科技大学 2008
[6]活塞缸套系统仿生非光滑界面摩擦与润滑机理的研究[D]. 杨洪秀.吉林大学 2008
[7]凹坑形仿生非光滑轧辊耐磨性研究[D]. 杨卓娟.吉林大学 2006
[8]内燃机活塞缸套系统非光滑效应的仿生研究[D]. 邓宝清.吉林大学 2004
硕士论文
[1]仿生推土板准线变曲率规律及其减阻性能研究[D]. 贾得顺.河南科技大学 2019
[2]灰铸铁耦合仿生模型与刹车片的匹配研究[D]. 薄海峰.吉林大学 2018
[3]基于ANSYS的粗糙表面高温接触摩擦热力耦合分析[D]. 王超.合肥工业大学 2018
[4]高密封性泥浆泵活塞的试验研究及机理分析[D]. 孙艺文.吉林大学 2017
[5]滑动摩擦温度场及传热过程熵产生分析[D]. 甘信滨.东北大学 2015
[6]仿生耦合处理灰铸铁与刹车片的匹配研究[D]. 苏杭.吉林大学 2013
[7]BW-150泥浆泵排量不均匀度和关键零件寿命研究[D]. 秦华生.中南大学 2013
[8]双压力角非对称渐开线直齿轮的应力分析及齿廓曲线的优化[D]. 宋波.太原理工大学 2008
[9]汽车齿轮表面形态仿生抗疲劳研究[D]. 王玉洁.吉林大学 2008
[10]钢—铜—塑三层复合材料端面摩擦条件下的温度场研究[D]. 徐鸿雁.合肥工业大学 2007
本文编号：3575551
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