螺桿鉆具的流固耦合計算和模態(tài)分析.pdf

1、石油作為工業(yè)發(fā)展的血液，不僅是動力燃料的來源，其提煉物更是深入到我們生活的方方面面。隨著開采深度的加深，鉆井難度的加大，要求螺桿鉆具性能更高，螺桿鉆具設計的好壞影響著鉆探工作的效率及水平。因此螺桿鉆具投入鉆井工作前，需要進行性能參數(shù)檢測，一般是在螺桿鉆具試驗臺上進行的。本文采用的螺桿鉆具及其試驗臺來源于企業(yè)，采用有限元分析軟件ANSYS作為分析平臺，在已有分析實例的基礎上，對螺桿鉆具進行流固耦合計算和模態(tài)分析。
　　本文主要從兩方

2、面研究螺桿鉆具。第一是通過分析螺桿鉆具的結構特點和工作原理，根據(jù)線型特點建立離散點并通過MATLAB曲線擬合生成螺桿馬達的線型，構建了螺桿馬達的有限元模型，利用ANSYS對螺桿馬達進行了靜力分析和流固耦合計算，得到了高壓鉆井液的壓力分布和速度分布規(guī)律，通過分析對螺桿馬達定子進行優(yōu)化。第二是對螺桿馬達定子進行模態(tài)分析，構建試驗臺機架有限元模型并進行模態(tài)分析，計算試驗臺其他設備的固有頻率，將螺桿馬達的固有頻率與其他外激勵源的頻率進行對比，對

3、螺桿馬達轉子進行優(yōu)化。
　　通過以上兩方面對螺桿鉆具及其試驗臺設計研究，得出了螺桿鉆具在試驗臺上的優(yōu)化結果。一方面流固耦合計算顯示定子襯套的脆弱部位是定子與轉子的嚙合處，提出優(yōu)化螺桿馬達的方法，通過在外徑160mm的襯套減少5mm的厚度進行優(yōu)化，優(yōu)化結果顯示減少5mm后的定子襯套總變形減少，轉子的密封壓力增大，密封性得到增強；另一方面模態(tài)分析顯示螺桿馬達轉子不會與試驗臺及其它激勵源發(fā)生共振，結構變形小，滿足試驗要求。通過對螺桿馬達