基于流固耦合方法分析单头螺杆钻具马达的输出功率特性
发布时间：2023-01-05 18:33
螺杆马达被广泛的应用于地质勘探、石油钻井、建筑管道施工和国防工程等领域的钻进作业中。螺杆马达转子与定子间的接触摩擦及液体漏失影响马达的输出功率,从而影响整个螺杆钻具的钻进能力。目前工程中,大多数仅从经验公式来计算马达效率,没有考虑到转子与定子的接触状态及马达中液体运动状态,这种计算方式存在误差,不能充分的贴近实际工况对螺杆马达的输出功率进行准确计算。本文从螺杆马达工作原理及设计理论入手,在给定初始流量的条件下,建立了螺杆马达接触非线性模型,进行了无钻井液作用下马达的非线性接触动力学仿真分析,对比了不同过盈量和螺距下的多组工况,分析得出马达的最佳结构参数。将螺杆马达固体结构浸入井筒钻井液中,建立螺杆马达流固耦合计算模型,采用浸入边界法及流固耦合分域方法进行求解。在给定马达螺距的前提下,通过改变过盈量、马达流量等参数,得到不同工况下马达压降、马达等效应力、接触压力、摩擦阻力矩及扭矩传递效率等结果,进一步得出螺杆马达的输出功率。对比结果得出:马达输出功率随过盈量的增大先增大后减小,且在过盈量为0.5mm处达到峰值,峰值大小为22.08kW,此过盈量下的马达性能最佳;对性能最佳的马达进行流量影...
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点摘要
第一章 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 主要研究内容
第二章 单头螺杆马达工作原理与运动学分析
2.1 螺杆马达的结构组成及工作原理
2.1.1 螺杆马达组成
2.1.2 螺杆马达工作原理
2.2 螺杆马达运动及线型
2.3 螺杆马达的工作特性与几何参数
2.3.1 螺杆马达工作特性
2.3.2 螺杆马达相关参数理论推导
2.4 本章小结
第三章 螺杆马达转子与定子接触非线性动力学仿真
3.1 螺杆马达转子与定子非线性动力学有限元分析模型
3.1.1 计算模型
3.1.2 材料参数
3.1.3 计算求解设定
3.2 螺杆马达非线性动力学有限元求解方法
3.3 螺杆马达接触非线性计算结果与分析
3.3.1 过盈量对螺杆马达仿真结果的影响分析
3.3.2 螺距对螺杆马达仿真结果的影响规律
3.4 本章小结
第四章 基于流固耦合的螺杆马达动力学仿真
4.1 螺杆马达与钻井液耦合动力学仿真
4.1.1 网格模型
4.1.2 流体域、固体域边界
4.1.3 计算参数
4.2 螺杆马达与钻井液耦合动力学求解方法
4.2.1 浸入边界法
4.2.2 流固耦合分域求解算法
4.3 过盈量对螺杆马达输出功率的影响规律
4.4 流量对螺杆马达输出功率的影响规律
4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
发表文章目录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]材料及滚压方式对等壁厚螺杆钻具定子滚压成形的影响[J]. 祝效华,纪文,刁飞,李鹏. 塑性工程学报. 2018(03)
[2]谐壁厚螺杆钻具橡胶衬套线型设计与仿真分析[J]. 童华,陈国银,祝效华. 系统仿真学报. 2018(02)
[3]螺杆钻具传动轴受力分析[J]. 刘海军. 信息记录材料. 2017(12)
[4]基于热老化实验的螺杆马达定子橡胶本构模型研究[J]. 祝效华,王鹏飞,石昌帅. 计算力学学报. 2017(04)
[5]螺杆马达线型仿真计算及实现[J]. 张强,张帆,饶岩岩,张鹏飞. 机械研究与应用. 2017(01)
[6]螺杆钻具定转子热力耦合行为[J]. 祝效华,迟博. 石油学报. 2016(08)
[7]不同高温浆体中螺杆钻具定子衬套的摩擦规律[J]. 韩传军,郑继鹏,张杰,陈飞. 中国机械工程. 2016(14)
[8]螺杆钻具定子衬胶工艺对橡胶与金属粘合强度的影响[J]. 李涛,辛振祥. 橡胶工业. 2015(08)
[9]多头螺杆钻具等壁厚定子衬套的性能分析[J]. 王可,董祉序,梁利,孙兴伟. 机床与液压. 2015(13)
[10]螺杆钻具传动轴的扭转振动特性[J]. 龙威,吕冰,史春宝,罗华,闫保勇. 煤炭科学技术. 2013(S2)
博士论文
[1]螺杆钻具金属定子衬套线型设计及液压成形方法研究[D]. 石昌帅.西南石油大学 2014
硕士论文
[1]单螺杆钻具运动及啮合动力特性研究[D]. 郭钦元.沈阳工业大学 2018
[2]螺杆钻具的流固耦合计算和模态分析[D]. 孙长峰.贵州师范大学 2017
[3]螺杆钻具马达线型优化设计方法的研究[D]. 赵娜.沈阳工业大学 2016
[4]螺杆钻具在朝86区块定向井中的性能分析与应用研究[D]. 肖磊.东北石油大学 2013
[5]空气螺杆钻具螺杆衬套副设计研究[D]. 张葆.中国石油大学 2008
[6]螺杆钻具输出性能分析与现场应用研究[D]. 许斌.西南石油大学 2007
本文编号：3727944
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点摘要
第一章 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 主要研究内容
第二章 单头螺杆马达工作原理与运动学分析
2.1 螺杆马达的结构组成及工作原理
2.1.1 螺杆马达组成
2.1.2 螺杆马达工作原理
2.2 螺杆马达运动及线型
2.3 螺杆马达的工作特性与几何参数
2.3.1 螺杆马达工作特性
2.3.2 螺杆马达相关参数理论推导
2.4 本章小结
第三章 螺杆马达转子与定子接触非线性动力学仿真
3.1 螺杆马达转子与定子非线性动力学有限元分析模型
3.1.1 计算模型
3.1.2 材料参数
3.1.3 计算求解设定
3.2 螺杆马达非线性动力学有限元求解方法
3.3 螺杆马达接触非线性计算结果与分析
3.3.1 过盈量对螺杆马达仿真结果的影响分析
3.3.2 螺距对螺杆马达仿真结果的影响规律
3.4 本章小结
第四章 基于流固耦合的螺杆马达动力学仿真
4.1 螺杆马达与钻井液耦合动力学仿真
4.1.1 网格模型
4.1.2 流体域、固体域边界
4.1.3 计算参数
4.2 螺杆马达与钻井液耦合动力学求解方法
4.2.1 浸入边界法
4.2.2 流固耦合分域求解算法
4.3 过盈量对螺杆马达输出功率的影响规律
4.4 流量对螺杆马达输出功率的影响规律
4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
发表文章目录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]材料及滚压方式对等壁厚螺杆钻具定子滚压成形的影响[J]. 祝效华,纪文,刁飞,李鹏. 塑性工程学报. 2018(03)
[2]谐壁厚螺杆钻具橡胶衬套线型设计与仿真分析[J]. 童华,陈国银,祝效华. 系统仿真学报. 2018(02)
[3]螺杆钻具传动轴受力分析[J]. 刘海军. 信息记录材料. 2017(12)
[4]基于热老化实验的螺杆马达定子橡胶本构模型研究[J]. 祝效华,王鹏飞,石昌帅. 计算力学学报. 2017(04)
[5]螺杆马达线型仿真计算及实现[J]. 张强,张帆,饶岩岩,张鹏飞. 机械研究与应用. 2017(01)
[6]螺杆钻具定转子热力耦合行为[J]. 祝效华,迟博. 石油学报. 2016(08)
[7]不同高温浆体中螺杆钻具定子衬套的摩擦规律[J]. 韩传军,郑继鹏,张杰,陈飞. 中国机械工程. 2016(14)
[8]螺杆钻具定子衬胶工艺对橡胶与金属粘合强度的影响[J]. 李涛,辛振祥. 橡胶工业. 2015(08)
[9]多头螺杆钻具等壁厚定子衬套的性能分析[J]. 王可,董祉序,梁利,孙兴伟. 机床与液压. 2015(13)
[10]螺杆钻具传动轴的扭转振动特性[J]. 龙威,吕冰,史春宝,罗华,闫保勇. 煤炭科学技术. 2013(S2)
博士论文
[1]螺杆钻具金属定子衬套线型设计及液压成形方法研究[D]. 石昌帅.西南石油大学 2014
硕士论文
[1]单螺杆钻具运动及啮合动力特性研究[D]. 郭钦元.沈阳工业大学 2018
[2]螺杆钻具的流固耦合计算和模态分析[D]. 孙长峰.贵州师范大学 2017
[3]螺杆钻具马达线型优化设计方法的研究[D]. 赵娜.沈阳工业大学 2016
[4]螺杆钻具在朝86区块定向井中的性能分析与应用研究[D]. 肖磊.东北石油大学 2013
[5]空气螺杆钻具螺杆衬套副设计研究[D]. 张葆.中国石油大学 2008
[6]螺杆钻具输出性能分析与现场应用研究[D]. 许斌.西南石油大学 2007
本文编号：3727944
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