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螺杆泵采油杆柱横向振动的仿真研究

发布时间:2018-08-25 15:19
【摘要】:螺杆泵采油杆柱的横向振动问题是导致杆管偏磨以及杆柱断裂的重要因素,因此研究螺杆泵采油杆柱横向振动具有重要的理论和实际意义。针对该问题,本文主要开展了如下研究工作:首先,研究了螺杆泵采油杆柱的环境载荷及其计算方法,建立了杆柱分析的力学模型。其次,考虑了泵端集中轴向力和轴向分布力对采油杆柱横向振动的综合影响,并基于弹性体理论建立了螺杆泵采油杆柱横向振动的力学和数学模型。应用振型叠加法,并考虑采油杆柱横向振动的边界条件,建立了四阶变系数常微分方程形式的采油杆柱横向振动的振型方程。然后,本文采用积分法建立了采油杆柱横向振动固有频率与振型函数的求解方法。对影响固有频率的因素进行了分析,建立了采油杆柱横向振动的响应模型。再次,借鉴有限元法的思想,将采油杆柱离散成为若干个单元,考虑轴端作用力和轴向均布力的对单元刚度的影响,采用柔度矩阵法建立了基于离散系统的杆柱横向振动的固有频率的仿真模型,求解出了固有频率及振型,建立了杆柱离散系统的动力学仿真模型。最后,利用MATLAB和Visual Basic 6.0联合开发了“地面驱动螺杆泵采油杆柱横向振动仿真软件”,利用该软件可以仿真出螺杆泵采油杆柱横向振动的固有频率及振型曲线。
[Abstract]:The lateral vibration of the rod string of screw pump is an important factor leading to the eccentric wear of rod pipe and the fracture of rod string, so it is of great theoretical and practical significance to study the transverse vibration of rod string of screw pump. In order to solve this problem, the main work of this paper is as follows: firstly, the environmental load and its calculation method of screw pump rod string are studied, and the mechanical model of rod column analysis is established. Secondly, the comprehensive influence of axial force and axial distribution force at the end of the pump on the lateral vibration of the rod string is considered, and the mechanical and mathematical model of the lateral vibration of the rod string of the screw pump is established based on the elastic body theory. By using the mode superposition method and considering the boundary conditions of the lateral vibration of the rod string, the mode equation of the transverse vibration of the rod string in the form of the fourth order ordinary differential equation with variable coefficients is established. Then, the integral method is used to solve the natural frequency and mode function of the transverse vibration of the rod string. The factors influencing the natural frequency are analyzed and the response model of the lateral vibration of the rod string is established. Thirdly, using the idea of finite element method for reference, the rod column is discretized into several elements, and the influence of axial end force and axial uniform force on the element stiffness is considered. By using the flexibility matrix method, the simulation model of the natural frequency of the lateral vibration of the rod column based on discrete system is established, and the natural frequency and vibration mode are solved, and the dynamic simulation model of the discrete system is established. Finally, using MATLAB and Visual Basic 6.0, a "lateral vibration simulation software for the rod string of a ground driven screw pump" is developed. The natural frequency and mode curve of the transverse vibration of the rod string of the screw pump can be simulated by using the software.
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TE933.2

【参考文献】

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本文编号:2203288

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