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潜油电泵轴的可靠性分析与设计

  潜油电泵轴是电泵采油设备中的重要零件,在电泵机组中起着传递扭矩的作用,将来自电机的扭矩通过矩形键传递给泵内的每一级叶轮,同时,经花键轴将扭矩传递给上一节泵。如果它出现故障,将迫使整个机组停机,进行维修,严重影响油田的正常生产。因而,开展潜油电泵轴可靠性分析与设计的研究,使产品的设计更加合理,可靠性更高,具有重要的理论意义和实用价值,必将产生良好的经济效益和社会效益。
  本文在潜油电泵轴数据收集与统计分析方面主要工作有:利用概率论与数理统计知识,对收集的泵轴数据进行分析、处理,建立影响泵轴失效因素的统计模型;利用故障树分析法,找到系统的最薄弱环节及故障树顶事件的发生概率,完成潜油电泵轴可靠性的定性分析和定量评定。编制了可靠性数据收集软件,应用该软件收集泵轴的基础数据。在潜油电泵轴的可靠性设计方面主要工作有:在常规可靠性设计准则的基础上,考虑影响泵轴失效的不确定性因素,建立应力、强度干涉模型;在对泵轴进行受力分析的基础上,建立潜油泵轴相应的有限元模型,利用ANSYS软件进行求解,以获得泵轴整体结构的应力分布图,利用ANSYS的PDS后处理,进行潜油电泵轴单个设计变量评定及多个设计变量相关性的研究,利用概率灵敏度,使设计对象在质量和可靠性不变的条件下成本更低。上述研究工作的开展及取得的成果进一步深化了泵轴可靠性分析和设计理论,对提高潜油电泵机组的可靠性研究也有一定的借鉴作用。
  潜油电泵作为重要的机械采油设备在油田得到了广泛应用。据统计资料表明,目前我国已有潜油电泵进近3700口(截止1996年底),仅大庆油田就有近1700口,占机械采油井总数的10%,产液量占总产液量的30%,成为油田为高产、稳产的重要手段之一。时至今日,潜油电泵已发展为不再以单一的设备存在,而是以一整套系统存在。
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