基于流固耦合的螺桿馬達(dá)動(dòng)態(tài)仿真.pdf

1、螺桿鉆具是鉆井工程中常用的一種容積式鉆銑工具，主要部件可分為四部分，分別是旁通閥總成、馬達(dá)總成、萬(wàn)向軸總成和傳動(dòng)軸總成。螺桿鉆具的主要優(yōu)勢(shì)在于轉(zhuǎn)速快、輸出扭矩大、工況平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)等，因而被廣泛應(yīng)用于各類工程鉆進(jìn)作業(yè)中，是石油工業(yè)領(lǐng)域主要的鉆具。
　　螺桿馬達(dá)，即螺桿鉆具的馬達(dá)總成部分，是螺桿鉆具的動(dòng)力源，其作用是將泵入的鉆井液的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)螺桿馬達(dá)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。螺桿馬達(dá)無(wú)疑是螺桿鉆具中最重要的部件，然而也是最不穩(wěn)定的部件

2、。在鉆進(jìn)施工的過(guò)程中，螺桿馬達(dá)可能發(fā)生各類故障，如定子橡膠襯套的振動(dòng)、定子橡膠襯套發(fā)生熱變形、定子橡膠襯套脫落、密封液泄露、使用壽命減短等諸多復(fù)雜情況。
　　目前，對(duì)螺桿馬達(dá)的研究多數(shù)在于對(duì)加工工藝的改進(jìn)創(chuàng)新，部分在于對(duì)定轉(zhuǎn)子線型的研究分析，少數(shù)在于對(duì)螺桿馬達(dá)進(jìn)行仿真分析。在少數(shù)這些的仿真研究中，主要包括了流固耦合和熱力耦合兩類。本文研究的主要內(nèi)容為實(shí)現(xiàn)五頭螺桿馬達(dá)的流固耦合三維動(dòng)態(tài)仿真，主要目的為研究影響螺桿馬達(dá)工作性能的一些重

3、要因素，分別是定子橡膠襯套結(jié)構(gòu)、過(guò)盈量和阻力矩，進(jìn)行不同工況下的仿真計(jì)算得出結(jié)論，指導(dǎo)工程應(yīng)用。建模過(guò)程考慮了定轉(zhuǎn)子間的摩擦、定子橡膠材料的超彈性、流體的粘性和可壓縮性、接觸密封等問(wèn)題，完成了密封腔的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了五頭螺桿馬達(dá)的液壓驅(qū)動(dòng)過(guò)程。
　　本文構(gòu)建了五頭螺桿馬達(dá)仿真分析模型，并且在不同定子結(jié)構(gòu)、過(guò)盈量、阻力矩的條件下，分別得到轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)周期、定子橡膠襯套的應(yīng)力和壓強(qiáng)、流體壓強(qiáng)的變化情況，計(jì)算了螺桿馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，根據(jù)