CN107966376A - 采油螺杆泵定子橡胶加速疲劳模拟试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种采油螺杆泵定子橡胶加速疲劳模拟试验装置。主要目的在于提供一种可对采油螺杆泵定子橡胶进行加速疲劳模拟试验的装置。其特征在于：包括驱动结构、试验测试结构和控温结构；加热管安装在箱体中；驱动结构包括电机、联轴器和支架；电机安装在缸体的顶部；试验测试结构包括缸体、16齿梅花状金属转子、橡胶块定子；缸体为三层对称结构，每层开有对称的缸体槽口；16齿梅花状转子与传动轴通过平键进行连接，平键位置相距7.5度圆心角；橡胶块定子位于缸体槽口内，调整螺栓的尾端和所述橡胶块定子相触；压板通过垫片和固定螺栓固定在缸体的外壁上；传动轴固定于缸体中，16齿梅花状金属件转子通过卡簧、套筒和轴承固定于传动轴上。

Description

采油螺杆泵定子橡胶加速疲劳模拟试验装置
技术领域
本发明涉及一种采油螺杆泵定子橡胶加速疲劳模拟试验装置。
背景技术
在工程实际中，许多材料或构件在实际应用中受到动载荷作用，与受到静载荷作用时不同，这些材料或构件往往会在事先并未出现显著变形的情况下突然发生疲劳破坏，对结构的安全性能产生重大影响。采油用螺杆泵是单螺杆式水力机械的一种，是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用，采油单螺杆泵由橡胶衬套定子和金属转子组成。根据现场调查统计，橡胶疲劳是导致螺杆泵失效、寿命短的重要原因之一。对螺杆泵进行疲劳试验，所需时间长、工作量大、难度大且影响因素多。为解决这一问题，有必要研制出一种螺杆泵加速疲劳模拟试验装置。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种采油螺杆泵定子橡胶加速疲劳模拟试验装置，该种加速疲劳模拟试验装置结构简单，设计巧妙，易于拆卸和安装；设有控温装置，可调节温度范围为20℃~90℃并维持其恒温；设计16齿梅花状金属转子和橡胶块定子，实现疲劳试验加速160倍。同时缸体采用三层轴对称结构设计，每层选定不同的过盈量，各层之间错开一定角度，从而保证每次安装完成12组疲劳试验。
本发明的技术方案是：该种采油螺杆泵定子橡胶加速疲劳模拟试验装置，包括箱体结构，其特征在于：所述装置还包括驱动结构、试验测试结构和控温结构；
其中，所述箱体结构为空心正方体，箱体中盛放液体介质和所述试验测试结构，所述控温结构中的加热管安装在箱体中；
所述驱动结构包括电机、联轴器和支架；电机安装在所述试验测试结构中缸体的顶部；所述联轴器的一端与电机的驱动轴连接，所述联轴器的另一端与所述试验测试结构中缸体内的传动轴相连接；
所述试验测试结构包括缸体、16齿梅花状金属转子、橡胶块定子、固定螺栓、调整螺栓、压板、挡块、轴承座、传动轴、卡簧、套筒以及轴承；其中，所述缸体固定在所述箱体结构中，为三层轴对称结构，每层开有对称的缸体槽口；所述16齿梅花状金属转子与传动轴通过平键进行连接，每层的平键位置相距7.5度圆心角；橡胶块定子位于缸体槽口内，所述调整螺栓旋入压板后，调整螺栓的尾端和所述橡胶块定子相触；所述压板通过挡块、垫片和所述固定螺栓固定在所述缸体的外壁上；所述传动轴固定于缸体中，16齿梅花状金属转子通过所述卡簧、套筒和轴承固定于传动轴上。
本发明具有如下有益效果：1.成本较低、结构简单、操作方便、易于实现；2.本装置在使用时箱体中可以盛放油、水等液体介质，可调节温度范围为20℃~90℃并维持其恒温。能够得到不同温度下的疲劳寿命，与螺杆泵实际工作温度下的疲劳寿命进行对比，以便有效控制油井温度，延长采油螺杆泵的使用寿命；3.设计16齿梅花状金属转子，使得试验接触次数增加，能够缩短疲劳失效周期，提高科研速度与效率。4.缸体采用三层轴对称结构设计，每层选定不同的过盈量，各层之间错开7.5度，保证每次可完成不同过盈条件下12组疲劳试验，能够加快试验进程，提高科研速度与效率。5.通过调整螺栓、固定螺栓、挡块、压板和垫片来调整试验测试装置的过盈量，可完成不同过盈量条件下的疲劳试验，对螺杆泵结构优化具有一定的现实意义。
附图说明：
图1为本发明的整体结构分解示意图。
图2为本发明所述缸体的结构分解示意图。
图3为本发明所述缸体结构中轴上各部件关系示意图。
图4为本发明所述缸体的结构剖视图。
图5是装置剖视状态下的主视图。
图6是装置剖视状态下的俯视图。
图中1-电机，2-联轴器，3-电机支架，4-缸体，5-轴承座，
6-传动轴，7-卡簧，8-套筒，9-轴承，10-16齿梅花状金属转子，
11-橡胶定子，12-压板，13-调整螺栓，14-固定螺栓，15-加热管，16-箱体。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
加速疲劳试验是在保持失效机理不变的条件下，通过增加接触次数和转速来缩短试验周期的一种方法。加速疲劳试验是在进行合理工程及统计假设的基础上，利用有限元分析确定与螺杆泵定转子接触方式相同的模拟结构，并根据螺杆泵的工作参数确定该装置的各个结构参数和环境条件，从而得到能够实现加速疲劳的一种试验装置。
如图1所示，该种采油螺杆泵加速疲劳模拟试验装置，包括箱体结构、驱动装置、试验测试装置、控温装置，其独特之处在于：
如图1所示，所述箱体结构16为空心正方体，缸体4和加热管15固定在箱体中，箱体中可盛放油、水等液体介质，可调节温度范围为20℃~90℃并维持其恒温。
所述驱动装置包括电机1、联轴器2、支架3；电机1安装在缸体结构的顶部，联轴器2一端与电机的驱动轴连接，另一端与传动轴6连接。
如图2结合图1所示，所述试验测试装置中缸体采用三层对称结构设计，每层选定不同的过盈量，各层之间错开7.5度，保证每次安装可完成不同过盈条件下12组疲劳试验。
如图3、图4所示，为所述缸体结构中各部件示意图，16齿梅花状金属转子10通过平键安装在传动轴6上，并通过卡簧7和套筒8固定其位置；通过螺栓（M10X35-N）、螺栓（M8X16-N）、挡块、压板和垫片来调整试验测试装置的过盈量，从而确定橡胶块定子的位置。其具体调整方式为：在缸体槽口中放入橡胶定子11，将其推至槽口深处与金属转子10接触；通过螺栓14将压板12固定在缸体外壁；通过螺栓13推动挡块将橡胶块位置固定，使其与金属转子刚好接触而无挤压；保证螺栓13位置不变取下压板，在槽口橡胶块与挡块之间放入不同厚度的垫片；将压板重新固定在缸体外壁，加入垫片后压板与缸体外壁产生缝隙，螺栓14将压板固定在缸体外壁后，螺栓13会将橡胶试件推进相应厚度，从而完成不同过盈量的控制。
上述所述各组件的连接关系为：电机与传动轴通过联轴器进行连接，传动轴固定于缸体中，16齿梅花状金属转子通过卡簧、套筒、轴承等固定于传动轴上，橡胶块放置于缸体槽口中，通过调整螺栓13，型号M10X35-N、固定螺栓14，型号M8X16-N、挡块、压板和垫片来调整试验测试装置的过盈量，从而确定橡胶块定子的位置。在试验过程中，电机带动传动轴高速运动，橡胶块定子和16齿梅花状金属转子发生周期性的接触疲劳，得出其试验疲劳寿命。
下面给出应用本发明完成具体测试的一个实施例：
根据所述缸体的三层轴对称结构设计，下面以所述缸体结构中每层对称放置两个橡胶块为例，对该装置进行疲劳试验。设定第一层试验过盈量为0.5mm，第二层试验过盈量为0.3mm，第三层试验过盈量为0.1mm。在所述箱体中盛放原油介质，控制试验温度为20℃并维持恒温，按照上述具体调整方式，完成该试验，所得具体试验数据如下：
由以上数据可知，该加速疲劳试验装置结构简单，操作方便，一次可以取得大量可靠的实验数据，大大降低了试验成本。根据所得试验数据，与统计的螺杆泵疲劳寿命实际数据，进行对比分析，验证试验的可行性。同时根据不同过盈量条件下的疲劳试验数据对螺杆泵结构优化具有一定的现实意义。

Claims (1)

1.一种采油螺杆泵定子橡胶加速疲劳模拟试验装置，包括箱体结构，其特征在于：所述装置还包括驱动结构、试验测试结构和控温结构；
其中，所述箱体结构为空心正方体，箱体中盛放液体介质和所述试验测试结构，所述控温结构中的加热管安装在箱体中；
所述驱动结构包括电机、联轴器和支架；电机安装在所述试验测试结构中缸体的顶部；所述联轴器的一端与电机的驱动轴连接，所述联轴器的另一端与所述试验测试结构中缸体内的传动轴相连接；
所述试验测试结构包括缸体、16齿梅花状金属转子、橡胶块定子、固定螺栓、调整螺栓、压板、挡块、轴承座、传动轴、卡簧、套筒以及轴承；其中，所述缸体固定在所述箱体结构中，为三层轴对称结构，每层开有对称的缸体槽口；所述16齿梅花状金属转子与传动轴通过平键进行连接，每层的平键位置相距7.5度圆心角；橡胶块定子位于缸体槽口内，所述调整螺栓旋入压板后，调整螺栓的尾端推动挡块和所述橡胶块定子相触；所述压板通过挡块、垫片和所述固定螺栓固定在所述缸体的外壁上；所述传动轴固定于缸体中，16齿梅花状金属转子通过所述卡簧、套筒和轴承固定于传动轴上。
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