6注聚合物用恒流量往复泵中凸轮机构优化设计张慧峰胙利石泊以叫钻井工艺研宄山东东代乃主肉要凸轮机构恒流量往复泵大大改善了传统曲柄连杆机构往复泵的运动与动力特性，满足了注聚合物驱油工艺用了综合约束函数双下降法对恒流量往复泵中的凸轮机构进行了优化设计，得到了较为满意的结果。

　　随着以提，采收率为小的注聚合物驱油工艺措施的推广应用，作为该项1艺重要的设备之注的应用研允也越来越引起人们的重视胜利石油管理局钻件工艺研宄院根据注聚驱油的工艺要求，成功地开发了系列新型凸轮机构恒流往复泵，在胜利油田得到广泛推广应甩与传统的往复菜相比，恒流量往复泵动力端采用了特殊廓线的凸轮传动机构代替传统往复泵中曲柄连杆机构使得在进排液总管内输送的介质呈稳定的匀速运动，流量恒定压力无波动，自吸性能良好，无需配备吸缓冲器排预托空气包以及灌注泵等配设备，对聚合物液力剪切和机械剪切程度低，泵进口粘度损失小，从而能有效地保证注聚介物驱油工艺虽然在运动特性和动力特性方面，凸轮机构恒流量往复栗较曲柄连杆机构往复栗有重大突破，但在相同工作参数下，凸轮机构恒流量往复栗的体积要比曲柄连杆机构往复泵大关键在于其动力端凸轮机构的作体积较火为减小体积降低制造成本，应对动力端凸轮机构进行优化设计。对于凸轮机构设计。过去常的方法每阁解法直角坐标解析法和复数极坐你矢量法等用这巧法设计时，不仅使设计者花费大量精力和时间去进行重复和繁杂的工作，而且所得到的结果往往只能满足设计要求的可收稿日期20012 19942015，釉夼唐繁镐纯，咣落公志甲酿1愚笈5潘技术目气真备犷6864响，加张慧峰注聚合物用恒流量往复泵中凸轮机构优化设计。31.

　　行方案，而不是优方案本文采用综合约束函数双下降法对恒流量往复泵中的凸轮机构进行了优化设计，得到了较为满意的结果。同时，为其他领域的凸轮机构设计提供了参考。

　　1凸轮机构恒流量往复泵原理与结构力端柱塞介杆前滚子凸轮后滚子复位框架和泵壳等组成该泵动力端采用特殊廓线的凸轮传动机构取代传统往复泵动力端的曲柄连杆机构12，3个凸轮以相位角龙3安装在传动轴上，每个凸轮与通过1轮心水1布迓2个直抒相1的滚轮对滚，两滚轮中心距为定值，其中滚轮为复位滚轮，另滚轮朕接介艰义运动他随俭轮转动，带动复位框姐介杆柱塞等运动件作往复运动，从而完成吸排液过程。凸轮是恒流量往复泵设计中的难点与重点对于要求连续运转且泵速较高传递力较大的往复泵来说，采用了对心直动滚轮推杆的盘形舱传动机构及厂减少轮与滚轮之间的磨损，保证其长期的使用寿命。

　　程即泵的冲程长度；13为滚子半径；为凸轮与滚接触长度，即凸轮宽度。

　　2.2约束条件2.2.1边界约束为缩小寻优范1.根据设计要求给出设计变景F限和l限由此建8个边界约束2.2.2压力角条件为防止轮机构目锁和减小凸轮副的接触应力，压力角有定的许用值根据往复泵的工作条件，取许用压力角20=由此建立压力角的约束条件1复位框架；2栗壳；3后滚轮；七凸轮；5前滚轮；6介杆；柱塞；8液力端2优化设计的数学模型2.1设计变量凸轮机构中有很多参数可以作为设计变量，如几何与结构参数有中心距基圆半径凸轮大升柯。滚子半径接触宽度等；动力学参数仃压力角同有频率质量等此外还有材料润滑等参数在各戈矣数中，几何参数付各项评价指标都极为默要，代他参数则有的可以认为妃几何参数的函数。打的闪为某些条件的限制而变化很小。又因为各种凸轮机构的几何参数具有共性，而其他参数较难统入1此，选择其中4个几何参数作为设计变量，其通用2.2.3接触强度条件凸轮与滚子之间为高副接触。因而接触面上的点蚀和磨损是造成凸轮机构损坏的重要原闪之为提高凸轮机构的寿命，应保证有足够的接触强度=当优化标为减小凸轮机构的体积时，接触，度条件尤为重要达式为副似大接触应力，妁许用安令系数。

　　2.2.4防根切条件凸轮实际廓线上小曲率半径太小或滚子半径太大，凸轮的正确廓线将被刀具切取部分变成尖点或变成凹坑无法加工，从而导致柱塞运动规汴的失真或凸轮副早期磨损因此必须建立防根切条件gnA= 2.3目标函数有很多评价指标可以作为凸轮机构优化设计的目标函数，可根据不同要求确定不同的目标函数目标闲数好是轮机构的工作空间和火接触应力同为极小化，但者是两个相互对立的指标如用边定。所以本次采用凸轮机构动态运转时工作空间极小化来建立目标函数，对接触应力采取约束条件来限制目标函数为3，0法求解凸轮机构优化设计问凸轮机构优化问屈于带约束条件的，优化问，求解方法很多，它们各有优缺点。将所有约束条件组合起来，构造出种综合约束函数计算过程中综合约束函数和目标函数均采用负梯度方向进行下降迭代，直到求出优解。将此方法称为综合约束函数双降法，命称810法15出心代3431也奶；0心该方法具有方法简单收敛速度快等特点，4广泛应用于各种多维多目标函数多约束条件的优化问3.18，乃法功能3000法可用来求解带有等式和不等式约束的优化问，其数学校咽的达式为minFX，A6D用0上述优化问的可行域，现引进由所有约束函数组成的综合约束函数5义因为当所有入=，2，3幻和办义0=2，37时，式9中的各项均为零，故得5义=，反之，当1=0时，式9中的各乎方项应为零，从而有幻，和穿入令，综合函数幻叉辉负梯度方向以步长进行下降迭代般地，当己得点属于第灸次可行域G.YXGIXSX则从点入，出发对厂按，点的负梯度方以以步长进行下降迭代，并要求所得的点+1属于，若+不属尸6，则从此点出发取步长付5进行下降迭代，直至得到属1的点。并把它作为，+1点，然后，检查是否满足收敛准则若上述关系满足。则停止迭代并输出结否则，比较和凡+的大小1.否则取农+，1下次迭代，直至满足精度要求为止3.3程序框将上述算法编写成子程序，便于调甩其算法程序框2 3.400方法中常用输入量的确定在5000方法中常用到些常量，其值日为综合约束函数初始步长迭代因子，可取200.50，本次取0.3心。为目标函数迭代步长，建议取13，本次取2和为控制精度，般，=8=10 1厂。本次，町4；5，为泣介约束闲数初始控制位，常取3，本次取2丁为泣合约束函数迭代闪，般取1为标函数步长缩小因户，迮议5；识为目标函数步长缩小因子。违议取98；人为计算迭代步长+1常数因子，建议取1；为计算迭代步长如1常数因子，建议取1选定初始点尤和初始步长扣及组正的实参数丁，并令和，因此可得近似可行域G=X.VG D，SXiSri10从义出发，对目标函数厂1僮负梯度方向以步长进行迭代若所得的点属于则从此点出发概局濯现，滓及凝铒4实例分析及优化结果4.1设计博山多级离心泵常量往复泵有些参数对优化结果影响很小或根本无影响，为便于解和节省寻优时间，把些不活跃的参数在设计之前确定下来，当作常量。主要有功率好，22.5冲次=16，1叫1机械效率7义塍愚办队许用安全系数张贺峰注聚合物用佾流景柱！

　　构优化设计1.5；凸轮副许用接触应力=1力角12戌给出了具体的达式通过采用综合约束函数双下原始方案2方案3项目方案初值优化结果初值优化结果实际廓线基圆直径冲程长度滚子半径凸轮副接触长度实际大压力角大接触应力泛膨化！；！

　　凸轮工作体降法00算法编制了优化设计程序从优化结果可知，在满足各方面性能的条件下，能够显著降低凸轮机构的尺寸方面节约了制造维修成本；另方面解决了传统恒流量往复泵设计时机构尺寸与凸轮副接触应力之间的矛盾，从而为恒流量往复泵的优化设计奠定了基础当然，在进行恒流量往复泵设计时龙应根据实际工作情况，具体问，具体分析。

　　1董怀荣，张慧峰，王复东。注聚合物用缸单作用恒排量往复泵。石油科技进展东营石油大学出2帝怀荣。张3昨，王复东。1付置式恒流量往复纪结构特点及设计原理人。97石油装备学术交流年会论文。北京石汕。卟出版社。列7.1452.

　　4.2优化结果柯深井卡拉塔尔组获得重大发现通过改变不同的设计变景初值，得出儿种优化结果，如1不难看出，不同的设计变量初值，对优化结果影响不同。经比较，显然采用方案1较妊尽管压力角略灯增大。运凸轮机构动态运转空间体积小，比原方案要小3左右。从而可以大大减小凸轮机构的结构尺寸，因而也能减小往复泵整机尺寸，降低制造维修成本柯深101井是由塔里木油田分公司在塔西南地区钻探陷柯克亚背斜构造上该井由7016钻井队承钻，于20001209完钻，后完钻井深远远超过原设计井深380，达到6 mimtHt业，采用溴化钙盐水与配方酸进行交替注入的解堵酸化工艺技术，措施后用孔径为，556油嘴进行连续自喷方式测5结束语通过对凸轮机构恒流量往复泵中凸轮机构进行试，获得天然气产量为13.6810413凝析油产量为102.45，13取得重大勘探成果，标志着塔西南地区勘探进入了新阶段