间隙自补偿ATOS柱塞泵的研制
通过对抽油泵采油技术的调研,分析了国内外抽油泵的应用现状及发展方向。针对常规抽油泵应用时存在的不适应性入手,以降低柱塞与泵筒之间的摩阻、减少柱塞与泵筒的间隙漏失量、降低抽油泵成本和检泵作业费用为目的,研制了一种采用非金属弹性材料作为抽油泵柱塞弹性元件的间隙自补偿ATOS柱塞泵。

间隙自补偿ATOS柱塞泵的研制
间隙自补偿ATOS柱塞泵的结构及工作原理,利用非线性有限元理论建立了抽油泵柱塞弹性元件的静力学模型,采用ANSYS有限元分析软件对弹性元件的结构进行了优化设计。对抽油泵柱塞上的弹性元件材料进行了综合性能测试,并在实验室进行了材料的摩擦磨损性能研究。针对ATOS柱塞泵工作容腔的气穴现象,运用Fluent软件对ATOS柱塞泵工作容腔的气穴流场进行了数值模拟,采用了非平衡壁面函数的k-ε模型和带有空化作用的多相流混合模型,得出了不同阀口开度和入口速度下ATOS柱塞泵工作容腔的气穴流场的分布规律。在实验方面,采用了不带补油泵和带补油泵两套实验装置来对比测试ATOS柱塞泵工作容腔的真空度大小。将仿真和实验结果进行比较,模拟得到的ATOS柱塞泵工作容腔的真空度和实验得到的真空度比较吻合,表明非平衡壁面函数的k-ε模型和带有空化作用的多相流混合模型能够有效地预测ATOS柱塞泵工作容腔气穴流场的分布规律。分析了间隙自补偿ATOS柱塞泵工作特性,并对间隙自补偿ATOS柱塞泵柱塞与泵筒之间的摩阻和漏失量进行了室内测试研究。模拟试验表明:间隙自补偿ATOS柱塞泵作为一种新型的节能抽油泵,其原理可行;上冲程,柱塞上的弹性元件在被提升的液体压力作用下产生径向变形,减小柱塞与泵筒的间隙,zui小间隙达到一级泵或二级泵的间隙。下冲程,弹性元件恢复原尺寸,柱塞与泵筒之间的间隙增大,从而实现上冲程减小泵漏失量,提高泵效,下冲程降低了柱塞与泵筒之间的摩阻。

间隙自补偿ATOS柱塞泵的研制
所研究的间隙自补偿ATOS柱塞泵,上冲程依靠柱塞内外压力差使柱塞弹性元件膨胀,实现柱塞与泵筒之间的zui小间隙,泵效高。柱塞弹性元件采用先进的高分子合金弹性材料,不易卡泵,摩擦系数低,耐磨性好。检泵作业时只需更换新的弹性元件,降低了抽油泵成本,减少了抽油泵检泵作业费用。