ATOS柱塞泵機液動態(tài)耦合仿真研究
為解決機液耦合條件下斜盤式軸向ATOS柱塞泵的數(shù)字化設計問題,采用基于機械與液壓系統(tǒng)聯(lián)合仿真的方法對ATOS柱塞泵進行建模與解耦分析。基于功率鍵合圖理論建立了ATOS柱塞泵液壓模型,并定義了ATOS柱塞泵柱塞腔流體對柱塞端面的壓力為耦合變量,利用拉格朗日法建立了ATOS柱塞泵剛體動力學模型,將液壓模型耦合變量作為動力學模型的輸入,定義動力學模型的實際轉(zhuǎn)速測量為液壓模型的輸入,從而構(gòu)成一個完整機液耦合仿真模型,通過解析對ATOS柱塞泵進行了機液解耦設計。針對聚四氟乙烯和尼龍材質(zhì)的軟密封環(huán)耐磨性不高、耐壓強度不夠和抗老化性能也受到限制,使得該項研究基本處于停滯狀態(tài)的問題,對軟密封柱塞材質(zhì)進行了優(yōu)選,確定用聚醚醚酮制作密封環(huán),并完成了軟密封ATOS柱塞泵的加工。針對ATOS柱塞泵U型阻尼槽的尺寸進行研究,通過流場仿真對比不同阻尼槽結(jié)構(gòu)參數(shù)下泵的流量特性,選出ATOS柱塞泵的壓力、流量脈動率較小的阻尼槽結(jié)構(gòu)參數(shù),從而降低ATOS柱塞泵的流體振動。當ATOS柱塞泵阻尼槽寬度設置為2 mm,深度為0.8 mm,配流盤閉死角為15.7°時,ATOS柱塞泵的壓力和流量脈動率zui小。開展了阻尼槽優(yōu)化前后ATOS柱塞泵的振動試驗,試驗結(jié)果表明優(yōu)化后的阻尼槽結(jié)構(gòu)能夠有效降低ATOS柱塞泵殼體及后端蓋處的振動。軟密封ATOS柱塞泵在原剛體整筒泵柱塞外套上,以有機材質(zhì)接觸面取代鋼體ATOS柱塞泵的剛體硬性接觸面,在軟密封ATOS柱塞泵工作時,只磨損軟密封環(huán),不磨損剛體泵筒,達到檢泵作業(yè)只更換柱塞即完成檢泵作業(yè)的目的。該軟密封ATOS柱塞泵共完成現(xiàn)場試驗18口井,平均免修期已達到了363 d,zui長檢泵周期達到509d。ATOS柱塞泵是典型的往復機械。為了掌握往復式ATOS柱塞泵的工作狀態(tài),測取3S175系列ATOS柱塞泵正常工況和一些故障工況下液力端的振動信號,對其進行局域波時頻處理后,得到了有價值的檢測部件振動規(guī)律、一般特征以及故障特征,可用于往復ATOS柱塞泵液力端的故障診斷.zui后,搭建了實驗平臺,以泵出口的流量和壓力為檢測量,比較了仿真結(jié)果與實驗結(jié)果,從而驗證了該方法的正確性與可行性,為ATOS柱塞泵的一體化設計奠定了基礎。針對ATOS柱塞泵全工況下生熱溫升等問題,通過泄漏分析和機械損失分析等給出了熱力學建模方法與生熱原因分析。首先建立ATOS柱塞泵三維模型和動力學模型,進而采用液壓平衡油溫方法建立考慮泄漏和增壓的熱力模型,并且建立考慮機械損失方面的動力學熱力模型。

ATOS柱塞泵機液動態(tài)耦合仿真研究
通過試驗與仿真對比表明,試驗數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果誤差不大于1%,且泵后壓力脈動在2MPa范圍內(nèi),符合ATOS柱塞泵實際情況,該模型能夠?qū)崿F(xiàn)ATOS柱塞泵生熱機理研究。zui后進行ATOS柱塞泵生熱機理分析,表明泄漏生熱和增壓生熱不會引起ATOS柱塞泵異常發(fā)熱,主要通過機械損失引起,且機械功率損失越大,ATOS柱塞泵殼體和轉(zhuǎn)動部件溫度越高。