我国海上稠油资源丰富,经济、高效地对稠油资源进行开采不但能够缓解我国常规原油短缺的现状,还具有重要的现实和战略意义。电潜螺杆泵因其独特的优势成为海洋稠油热采的首选方式,而定子衬套作为螺杆泵的关键部件,井下的高温高压环境以及定转子之间的摩擦等都会对其使用性能造成损伤,严重影响螺杆泵的工作效率和使用寿命。因此,有必要开展电潜螺杆泵运动分析及其衬套损伤机理的研究工作。本文以双头螺杆泵为研究模型,以稠油热采为作业环境,采用理论研究、试验研究、虚拟仿真、数值仿真相结合的研究方法,综合利用运动学、摩擦学、材料学、热力学等方面的相关知识对电潜螺杆泵衬套的损伤机理进行了分析研究。主要完成的研究工作如下:(1)依据螺杆泵的内部结构和工作原理建立了双头螺杆泵的运动学模型,在此基础上设计了螺杆泵的运动学仿真模型,完成了螺杆泵的运动学仿真。通过对螺杆转子表面固定点的运动特性分析,从运动学的角度分析了螺杆泵衬套和转子之间的相互作用。研究了结构形状参数对运动特性的影响,为螺杆泵的结构设计和优化设计提供参考。(2)利用现有的试验条件模拟稠油热采环境,选用耐高温的氢化丁腈橡胶作为衬套材料,建立了稠油热采中的螺杆转子和橡胶衬套间的磨损试验模型。以载荷、转速、含砂量作为变量完成了橡胶在高温含砂稠油介质中的摩擦磨损试验,并以摩擦系数和磨损量作为评价指标分析了这些因素对橡胶磨损的影响。利用扫描电镜对橡胶磨损表面进行形貌分析,探究了衬套表面损伤机理。(3)设计并完成了橡胶材料在高温稠油环境下的单轴拉伸试验,分析了环境温度对橡胶材料性能的影响。以试验数据为依据,选取螺杆泵衬套中常用的两种本构模型进行应变能函数拟合,并对比了模型的适用性,确定了稠油中不同温度下的氢化丁腈橡胶的本构模型常数。(4)建立了橡胶衬套的数值计算模型,采用有限元法对比分析了常规衬套和等壁厚衬套在初始装配时的密封性能、均匀压力作用下的变形规律、压差作用下的接触情况,热源作用下的热膨胀行为。分析了温度、压力、摩擦系数、过盈量等因素对衬套应力应变规律的影响。本文的研究成果为转子和衬套的结构设计、材料选择、性能预测以及高性能定子衬套的研究提供了参考依据,对提高国产电潜螺杆泵的使用寿命和可靠性有较高的参考意义。