基于流固耦合的螺桿馬達動態(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、馬達總成、萬向軸總成和傳動軸總成。螺桿鉆具的主要優(yōu)勢在于轉速快、輸出扭矩大、工況平穩(wěn)、壽命長等，因而被廣泛應用于各類工程鉆進作業(yè)中，是石油工業(yè)領域主要的鉆具。
　　螺桿馬達，即螺桿鉆具的馬達總成部分，是螺桿鉆具的動力源，其作用是將泵入的鉆井液的液壓能轉換為機械能，驅動螺桿馬達的轉子轉動。螺桿馬達無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、。在鉆進施工的過程中，螺桿馬達可能發(fā)生各類故障，如定子橡膠襯套的振動、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雜情況。
　　目前，對螺桿馬達的研究多數(shù)在于對加工工藝的改進創(chuàng)新，部分在于對定轉子線型的研究分析，少數(shù)在于對螺桿馬達進行仿真分析。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)容為實現(xiàn)五頭螺桿馬達的流固耦合三維動態(tài)仿真，主要目的為研究影響螺桿馬達工作性能的一些重

3、要因素，分別是定子橡膠襯套結構、過盈量和阻力矩，進行不同工況下的仿真計算得出結論，指導工程應用。建模過程考慮了定轉子間的摩擦、定子橡膠材料的超彈性、流體的粘性和可壓縮性、接觸密封等問題，完成了密封腔的轉換，實現(xiàn)了五頭螺桿馬達的液壓驅動過程。
　　本文構建了五頭螺桿馬達仿真分析模型，并且在不同定子結構、過盈量、阻力矩的條件下，分別得到轉子自轉公轉周期、定子橡膠襯套的應力和壓強、流體壓強的變化情況，計算了螺桿馬達的轉速和輸出功率，根據(jù)