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ATOS柱塞泵機(jī)液動(dòng)態(tài)耦合仿真研究
為解決機(jī)液耦合條件下斜盤(pán)式軸向ATOS柱塞泵的數(shù)字化設(shè)計(jì)問(wèn)題,采用基于機(jī)械與液壓系統(tǒng)聯(lián)合仿真的方法對(duì)ATOS柱塞泵進(jìn)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(duì)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(dòng)力學(xué)模型,將液壓模型耦合變量作為動(dòng)力學(xué)模型的輸入,定義動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)際轉(zhuǎn)速測(cè)量為液壓模型的輸入,從而構(gòu)成一個(gè)完整機(jī)液耦合仿真模型,通過(guò)解析對(duì)ATOS柱塞泵進(jìn)行了機(jī)液解耦設(shè)計(jì)。針對(duì)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(qiáng)度不夠和抗老化性能也受到限制,使得該項(xiàng)研究基本處于停滯狀態(tài)的問(wèn)題,對(duì)軟密封柱塞材質(zhì)進(jìn)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(duì)ATOS柱塞泵U型阻尼槽的尺寸進(jìn)行研究,通過(guò)流場(chǎng)仿真對(duì)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(dòng)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(dòng)。當(dāng)ATOS柱塞泵阻尼槽寬度設(shè)置為2 mm,深度為0.8 mm,配流盤(pán)閉死角為15.7°時(shí),ATOS柱塞泵的壓力和流量脈動(dòng)率zui小。開(kāi)展了阻尼槽優(yōu)化前后ATOS柱塞泵的振動(dòng)試驗(yàn),試驗(yàn)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(dòng)。軟密封ATOS柱塞泵在原剛體整筒泵柱塞外套上,以有機(jī)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(shí),只磨損軟密封環(huán),不磨損剛體泵筒,達(dá)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(chǎng)試驗(yàn)18口井,平均免修期已達(dá)到了363 d,zui長(zhǎng)檢泵周期達(dá)到509d。ATOS柱塞泵是典型的往復(fù)機(jī)械。為了掌握往復(fù)式ATOS柱塞泵的工作狀態(tài),測(cè)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(dòng)信號(hào),對(duì)其進(jìn)行局域波時(shí)頻處理后,得到了有價(jià)值的檢測(cè)部件振動(dòng)規(guī)律、一般特征以及故障特征,可用于往復(fù)ATOS柱塞泵液力端的故障診斷.zui后,搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),以泵出口的流量和壓力為檢測(cè)量,比較了仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從而驗(yàn)證了該方法的正確性與可行性,為ATOS柱塞泵的一體化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。針對(duì)ATOS柱塞泵全工況下生熱溫升等問(wèn)題,通過(guò)泄漏分析和機(jī)械損失分析等給出了熱力學(xué)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(dòng)力學(xué)模型,進(jìn)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(jī)械損失方面的動(dòng)力學(xué)熱力模型。

ATOS柱塞泵機(jī)液動(dòng)態(tài)耦合仿真研究
通過(guò)試驗(yàn)與仿真對(duì)比表明,試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果誤差不大于1%,且泵后壓力脈動(dòng)在2MPa范圍內(nèi),符合ATOS柱塞泵實(shí)際情況,該模型能夠?qū)崿F(xiàn)ATOS柱塞泵生熱機(jī)理研究。zui后進(jìn)行ATOS柱塞泵生熱機(jī)理分析,表明泄漏生熱和增壓生熱不會(huì)引起ATOS柱塞泵異常發(fā)熱,主要通過(guò)機(jī)械損失引起,且機(jī)械功率損失越大,ATOS柱塞泵殼體和轉(zhuǎn)動(dòng)部件溫度越高。