結論
自從電動潛油螺桿泵井下采油這一構想提出并在美國、加拿大試應用以來,其對惡劣采油條件的廣泛適應性及高生產效率越來越引起學術界和用戶的關注。但系統(tǒng)中潛油電機輸出的高轉速、小扭矩和螺桿泵要求輸入的低轉速、大扭矩之間的矛盾一直無法解決,使得該系統(tǒng)目前還無法在國內外的采油生產中廣泛應用。本文在對大量國內、外有關文獻分析、綜合的基礎上,在該減速器的理論研究、結構設計、樣機制造和試驗研究幾個方面進行了大量的工作,其中主要的創(chuàng)造性成果歸納如下:
1.創(chuàng)造性地將滾柱活齒傳動應用于電動潛油螺桿泵采油系統(tǒng),成功地研制出一種井下驅動螺桿泵采油系統(tǒng)滾柱活齒減速器(最大外徑φ114mm,功率40KW)。在中國石油天然氣集團公司的指定試驗井上對研制的減速器樣機進行了測試,測試結果表明完全達到了設計要求,從而解決了高速潛油電機輸出與低速、大扭矩螺桿泵輸入之間的矛盾,使電動潛油螺桿泵采油系統(tǒng)真正地應用于采油生產變?yōu)楝F實,具有重大的經濟效益和社會效益;
2.深入地研究了滾柱活齒傳動的嚙合原理,填補了該方面理論研究的空白。如建立了活齒中心運動軌跡方程和中心輪齒廓方程;研究了活齒中心運動軌跡曲率K,提出了用活齒中心運動軌跡曲率代替中心輪齒廓曲線曲率的設計思想:深入研究了滾柱活齒傳動中的受力情況,基于彈性力學理論和變形協(xié)調條件給出了活齒受力分析的方法;研究了滾柱活齒傳動的潤滑性能,給出了其油膜厚度的計算方法,確定其潤滑方式屬于線接觸穩(wěn)態(tài)全膜熱彈流潤滑;
3.首次利用有限元理論對滾柱活齒減速器關鍵件進行了強度分析和模態(tài)分析。還采用虛擬樣機技術對該減速器進行動態(tài)仿真。建立了減速器的扭振動力學模型并進行了動力學分析,得出了減速器的固有頻率、主振型、模態(tài)柔度及各元件的能量分布;
4.首次對滾柱活齒傳動進行了模糊可靠性研究,采用模糊數的運算法則及模糊算子AND和OR 求解出了系統(tǒng)的模糊可靠度。采用Monte-Carlo方法對滾柱活齒減速器可靠性進行數字仿真,求解出減速器各基本事件的重要度和模式重要度;
除以上所取得的主要創(chuàng)造性成果外,本文在其他方面的工作如下:
1.針對電動潛油螺桿泵采油系統(tǒng)的具體工作要求和尺寸要求,設計確定出減速器樣機的結構參數。采用CAXAZOOO軟件繪制出減速器樣機的裝配圖和全部零件圖;
2.確定試驗方案及試驗系統(tǒng)結構。設計加工專用支承架、專用聯(lián)軸器、減速器、安裝輔助支承等試驗用輔助裝置。在中國石油天然氣集團公司的指定測試井上,建立起試驗臺架;
3.從整個采油系統(tǒng)出發(fā),利用AGREE 法確定出井下驅動螺桿泵采油系統(tǒng)中減速器部分應達到的可靠度。建立起減速器的故障樹并確定出全部最小割集。
今后在本研究方面進一步研究時,需注意以下方面的問題:
1.由于活齒與中心輪之間為滑滾,增加了摩擦磨損,在一定程度上降低了減速器的效率,所以應專項研究設計與之配套的轉臂軸承,以提高效率,延長使用壽命;
2.總結第一臺減速器樣機在設計、制造中積累的經驗,進一步完善設計。在資金條件允許的情況下,應在采油現場進行試驗,以使其能夠早日投入采油生產,從而為我國采油設備的科技進步以及經濟建設作出貢獻。
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