螺杆马达转子的线型分析

论文摘要

螺杆钻具是一种容积式井下动力钻具,由旁通阀、马达、万向轴及传动轴四大总成组成。随着钻井速度的提高和特殊工艺井的开发,螺杆钻具运动形式和受力越来越复杂。螺杆马达是将液体压力能转换为机械能的核心部件,因此开展其转子线型的分析和研究具有重要的理论意义和实用价值。本文通过对马达转子的各种线型进行曲线方程的转换,完成各种线型特性分析并明确了研究对象,在对其几何参数进行分析和评价的基础上制作出自动生成转子曲线的软件,最终建立一个健全的转子线型的评价体系。主要内容如下：(1)研究和探讨了转子端面线型、曲线方程、线型生成和影响线型的参数,初步形成了转子线型生成的代码程序；(2)根据摆线原理和摆线方程熟悉转子曲线复矢量方程的形成方法,详细介绍了转子曲线复矢量方程向直角坐标系下的参数方程转换的过程；(3)基于MATLAB建立了转子曲线生成的程序模型,分析和对比了转子的线型参数,绘制了其与转子头数、等距半径系数的关系曲线；(4)基于人机交互理念建立了转子线型生成的图形用户界面(GUI),从而避免用户接触复杂的运行程序,只需要使用单击控件即可完成；(5)利用MATLAB优化工具箱,对转子头数和等距半径系数进行优化,从而根据线型参数评价指标,建立一个健全的转子线型参数的评价体系。通过本文研究,为转子线型设计提供了一个理论依据和参数选择原则,有利于转子线型的优化和螺杆马达整体性能的提高,从而增大螺杆钻具在实际工况中的适应能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 螺杆钻具的研究现状
• 1.2.1 螺杆钻具简介
• 1.2.2 国内螺杆钻具的研究现状
• 1.2.3 国外螺杆钻具的研究现状
• 1.3 螺杆马达转子线型的研究现状
• 1.3.1 国内专家对线型的研究
• 1.3.2 马达线型的替代和修正
• 1.4 本文研究内容及创新点
• 第二章 螺杆马达的结构原理和理论计算
• 2.1 螺杆马达的结构和工作原理
• 2.1.1 螺杆马达的结构介绍
• 2.1.2 螺杆马达的工作原理
• 2.2 螺杆马达的理论计算
• 2.2.1 螺杆马达的每转排量计算
• 2.2.2 螺杆马达的理论扭矩和转速计算
• 2.2.3 螺杆马达的转子轴向力计算
• 2.2.4 螺杆马达的转子离心惯性力计算
• 2.2.5 螺杆马达的转子-定子间的最大滑动速度
• 2.3 本章小结
• 第三章 转子线型的曲线分析与方程转换
• 3.1 复平面柱坐标法
• 3.2 摆线简介
• 3.2.1 摆线的定义和分类
• 3.2.2 摆线的方程和单位摆线
• 3.3 螺杆马达转子线型分类和方程转换
• 3.3.1 转子骨线方程
• 3.3.2 转子等距曲线方程
• 3.4 线型参数对马达和钻具特性的影响
• 3.4.1 各种线型的参数计算
• 3.4.2 无量纲系数法
• 3.4.3 线型的参数对比和分析
• 3.4.4 线型的参数评价
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于MATLAB的螺杆马达转子的线型生成
• 4.1 MATLAB简介
• 4.2 程序语言的编写和转子线型的生成
• 4.2.1 转子骨线的生成
• 4.2.2 转子等距曲线的生成
• 4.2.3 线型生成实例分析
• 4.3 GUI程序界面设计
• 4.3.1 GUI层次结构
• 4.3.2 转子线型GUI界面设计及运行
• 4.4 本章小结
• 第五章 转子线型参数的优化和评价体系的建立
• 5.1 线型参数的评价指标
• 5.2 基于MATLAB的线型参数优化
• 5.2.1 线型参数优化设计的数学模型
• 5.2.2 线型参数优化
• 5.3 转子线型评价体系的建立
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 进一步研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的论文
• 详细摘要