螺桿馬達(dá)(PDM)流-固耦合動(dòng)態(tài)仿真.pdf

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

2、行數(shù)值計(jì)算,且?guī)缀醵际羌兞黧w或純固體計(jì)算,極少耦合計(jì)算。受到算法限制,其流體完全連通,模型無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的移動(dòng)中的密封液體腔。據(jù)了解目前還沒有成功對(duì)PDM進(jìn)行過流-固耦合數(shù)值計(jì)算的案例,所以解決這一難題是很有必要的。
　　螺桿馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)問題可視為液壓驅(qū)動(dòng)下的高速旋轉(zhuǎn)碰撞問題,本文依據(jù)螺桿馬達(dá)線型理論,建立了三維三頭螺桿馬達(dá)模型,應(yīng)用流體力學(xué)與彈性力學(xué)知識(shí)對(duì)其進(jìn)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(jì)算當(dāng)中,用以處理流-固耦合下的接觸問題。并對(duì)三頭螺桿馬達(dá)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真分析。做到了液壓驅(qū)動(dòng),同時(shí)實(shí)現(xiàn)了螺桿馬達(dá)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)形成和釋放流體密封腔。
　　通過數(shù)值計(jì)算分析得到了橡膠襯套應(yīng)力的實(shí)時(shí)分布情況,同時(shí)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(dòng)力粘度下螺桿馬達(dá)的工作效率,得出了一些優(yōu)化結(jié)果,對(duì)研究改進(jìn)螺桿馬達(dá)的設(shè)計(jì)有重要意義。
　　綜上所述本文構(gòu)建了螺桿馬達(dá)數(shù)值計(jì)算平臺(tái),可為各型螺桿馬達(dá)做全面的流-