张 强 蒋 豹 刘昱良 高 磊 张晓光

(东北石油大学机械科学与工程学院)

定子橡胶衬套生热影响因素分析

张 强 蒋 豹 刘昱良 高 磊 张晓光

(东北石油大学机械科学与工程学院)

将金属转子处理成刚体，橡胶衬套定子处理成弹性体，材料选取Mooney-Ritalin本构模型，采用平面应变单元，建立定转子接触非线性有限元模型。分析了材料硬度、转速、损耗因子和流体压力对橡胶衬套滞后生热和摩擦生热的影响，其中滞后生热引起橡胶衬套温升起主要作用，橡胶硬度使温升略有减小，转子转速和损耗因子均导致温升显著增加，非均匀压力能够降低橡胶衬套温升。

定转子 刚柔接触 非均匀压力 滞后生热 摩擦生热

定转子是采油螺杆泵和螺杆钻具的核心部件，滞后和摩擦生热会引起橡胶衬套温升，对橡胶衬套性能有重要影响。定子橡胶对温度非常敏感，在实际工况条件下，由于井底温度、滞后生热及摩擦生热等因素，引起定子橡胶衬套温度升高，产生温胀。当温胀高于橡胶材料所允许的最大值时，定子橡胶衬套的工作性能变差，工作扭矩增加，发生早期失效，极大地缩短了定子的使用寿命[1]。

定子橡胶衬套滞后生热和摩擦生热情况较为复杂，目前研究者对滞后生热进行了深入研究，并且普遍将热力耦合分析分解为变形分析、损耗计算和热传导分析这3个部分。分析了材料硬度[2,3]、泊松比[2,3]、过盈量[4～6]、转速[2～7]、井温[2,3]、静压[2,3]及压差[2,3]等因素对定子滞后生热的影响。Bratu C认为定转子摩擦生热引起的温升是压力梯度、转子转速和摩擦系数的函数[8,9]。……