螺杆马达流固耦合动态仿真及正交数值试验研究

论文摘要

石油、天然气等地下矿产资源是当今世界使用量最大的能源,也是世界各国争相抢占、勘探和开采的能源。螺杆钻具正是勘探和开采这些矿产资源的钻进工具。不光如此,螺杆钻具由于其优秀的性能,还被广泛地应用到其他钻进工作中。螺杆马达（PDM）作为螺杆钻具的动力组件,往往是螺杆钻具最容易发生破坏的组件。螺杆马达的工作条件,比如工作液粘度、入口出口压差、阻力矩等,对其结构的安全性影响很大。国内外学者研究了这些因素对螺杆马达工作特性的影响,取得了很多重要成果。然而他们大多是采用单因素方法进行研究,并没有研究多种因素对螺杆马达工作特性影响的强弱关系。本文选取螺杆马达作为研究对象,首先对模型进行了空载和工作状态下的三维流固耦合动态仿真,验证了模型的合理性。然后针对螺杆马达输出功率,重点研究了工作液粘度、入-口出口压差、阻力矩三个因素对其的影响;在此基础上,设计了正交试验,通过方差分析得到了三个因素影响的主次关系,确定了最佳工况组合;最后进行了验证试验,成功验证了正交试验结果的正确性。综上所述,本文研究成果可以反映不同因素对螺杆马达影响的规律以及强弱关系,可以指导螺杆马达选择最佳工况,达到最佳工作效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 课题背景及意义
•   1.2 国内外研究历史和现状
•     1.2.1 国外研究历史与现状
•     1.2.2 国内研究历史与现状
•   1.3 课题研究主要内容
•   1.4 章节安排
• 2 螺杆马达及相关组件简介
•   2.1 螺杆钻具的结构及其功能介绍
•     2.1.1 旁通阀总成
•     2.1.2 防掉总成
•     2.1.3 螺杆马达
•     2.1.4 万向轴总成
•     2.1.5 传动轴总成
•   2.2 螺杆马达的工作原理、线型设计理论及运动规律介绍
•     2.2.1 螺杆马达的工作原理
•     2.2.2 螺杆马达的线型设计理论
•     2.2.3 螺杆马达行星运动规律
•   2.3 螺杆马达工作特性分析
•     2.3.1 理论特性分析
•     2.3.2 实际特性分析
•   2.4 本章小结
• 3 螺杆马达流固耦合方法及仿真前处理
•   3.1 螺杆马达流固耦合方法
•     3.1.1 MSC.Dytran显式积分法
•     3.1.2 一般耦合法
•   3.2 螺杆马达仿真前处理
•     3.2.1 几何建模
•     3.2.2 有限元网格划分
•     3.2.3 材料及参数设置
•     3.2.4 边界、载荷及求解设置
•   3.3 本章小结
• 4 螺杆马达流固耦合分析
•   4.1 位移时间图线
•   4.2 橡胶衬套应力
•   4.3 橡胶衬套压强
•   4.4 钻井液分布及压强
•   4.5 本章小结
• 5 螺杆马达输出功率正交数值试验研究
•   5.1 正交试验简介
•   5.2 单因素分析
•     5.2.1 阻力矩对螺杆马达输出功率的影响
•     5.2.2 入口-出口压差对螺杆马达输出功率的影响
•     5.2.3 钻井液动力粘度对螺杆马达输出功率的影响
•   5.3 正交试验
•     5.3.1 正交试验结果
•     5.3.2 方差分析
•     5.3.3 最佳组合验证
•   5.4 本章小节
• 6 总结与展望
•   6.1 工作总结
•   6.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 单永平

导师: 倪樵

关键词: 螺杆钻具,螺杆马达,流固耦合,单因素分析,正交试验

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,石油天然气工业

单位: 华中科技大学

分类号: TE921.2;O353.4

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.001136

总页数: 76

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