高能射流式液动锤过载保护装置设计研究

发布时间：2020-05-18 09:00

【摘要】：地热资源作为清洁可再生能源,其发电技术不受季节、气候限制,并且可大幅度降低温室效应和酸雨对环境的影响。除此之外其发电成本仅为太阳能发电的10%,只有风力发电的一半。它的储量可观,仅开发地壳中2%的干热岩资源储量就能产生2×10~(38)J的能量,相当于8.6×10~(27)t标准煤产生的热量。由于干热岩通常埋深在地表3千米到10千米以下,岩石致密切硬度较高、可钻性差,再加上温度通常在200℃-600℃,导致钻进过程中钻进效率低、钻井周期过长,使得钻进成本的居高不下成为世界难题。潜孔锤钻进技术在大硬度、高强度以及强研磨性的干热岩地层钻进中有广阔的应用前景。目前发展较为成熟的气动潜孔锤钻进技术,其单次冲击功比常规液动潜孔锤要大很多,碎岩效率也高很多。但由于液动潜孔锤驱动介质的不可压缩性使得液动锤在工作过程中受深井内围压影响小,并且液动锤能量转化率高,以及应用范围广等众多优点使得国内外的高校、研究院、钻具公司研究设计钻进效率可以比肩气动锤的高能液动锤。尽管取得了一定的进展但目前为止市场还没有出现广泛应用的产品。面对干热岩钻进中对高能液动锤的迫切需求,本文针对SC86H高能射流式液动潜孔锤的硬质合金射流元件与硬质合金活塞杆易破碎问题,研究设计过载保护装置,并通过计算机模拟分析完成保护装置结构的数值优化,进行台架试验验证结构的可靠性。本文主要工作内容有:(1)在研究潜孔锤发展现状的基础上,分析总结目前市场液动锤的研究现状,提出存在的部分问题,总结出本文的研究目的与研究计划。(2)为解决SC86H型高能液动锤中的硬质合金射流元件脆性大,当受到较大冲击载荷时易断裂的问题。研究并设计改变冲击应力波在射流式液动锤传播路径的结构,基于Ansys/Ls-dyna显示动力学分析方法,对液动锤在回程过程中,活塞杆—冲锤系统撞击中接头与撞击缸体两种不同的模型进行仿真分析,探究在两种不同模型中,应力传播路径的变化以及射流元件受到的冲击应力大小的变化。(3)根据流体力学理论结合仿真模拟技术,设计安全阀装置来防止过大的射流流量进入潜孔锤工作结构。建立安全阀内部流场的三维模型,运用hypermesh软件对内部流场模型进行有限元网格划分,然后在Fluent中设置相关仿真参数,得到的模拟结果用于安全阀尺寸参数的确定。(4)分别开展中接头与安全阀的台架验证试验,验证中接头对射流元件的保护作用,确保安全阀对液动锤工作性能不影响并且在过载工作时及时保护液动锤内部结构。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P634.4

【相似文献】