螺桿馬達(PDM)流-固耦合動態(tài)仿真.pdf

1、螺桿馬達是一種容積式馬達,又被稱為定排量馬達(Positive Displacement Motor,簡寫為PDM)。螺桿馬達被廣泛應(yīng)用于石油鉆井、地質(zhì)勘探、建筑管道施工和國防工程等方面的鉆進作業(yè)當(dāng)中?，F(xiàn)今螺桿馬達還存在諸多問題,包括密封泄漏、橡膠襯套大幅振動、熱變形、應(yīng)力不均、壽命較短等。由于螺桿馬達應(yīng)用廣泛,對螺桿馬達進行研究十分迫切。在數(shù)值分析上,目前幾乎都是對螺桿泵(Progressing Cavity Pump,簡寫PCP)進

2、行數(shù)值計算,且?guī)缀醵际羌兞黧w或純固體計算,極少耦合計算。受到算法限制,其流體完全連通,模型無法實現(xiàn)真正的移動中的密封液體腔。據(jù)了解目前還沒有成功對PDM進行過流-固耦合數(shù)值計算的案例,所以解決這一難題是很有必要的。
　　螺桿馬達的運動問題可視為液壓驅(qū)動下的高速旋轉(zhuǎn)碰撞問題,本文依據(jù)螺桿馬達線型理論,建立了三維三頭螺桿馬達模型,應(yīng)用流體力學(xué)與彈性力學(xué)知識對其進行模擬。模型考慮了橡膠襯套的超彈性,以及其與轉(zhuǎn)子間的摩擦。將浸入邊界法引入

3、流-固耦合計算當(dāng)中,用以處理流-固耦合下的接觸問題。并對三頭螺桿馬達進行了動態(tài)仿真分析。做到了液壓驅(qū)動,同時實現(xiàn)了螺桿馬達動態(tài)實時形成和釋放流體密封腔。
　　通過數(shù)值計算分析得到了橡膠襯套應(yīng)力的實時分布情況,同時研究了不同橡膠襯套定子、不同壓差、不同導(dǎo)程以及不同鉆井液動力粘度下螺桿馬達的工作效率,得出了一些優(yōu)化結(jié)果,對研究改進螺桿馬達的設(shè)計有重要意義。
　　綜上所述本文構(gòu)建了螺桿馬達數(shù)值計算平臺,可為各型螺桿馬達做全面的流-