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《华中科技大学》 2008年
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超深井石油钻机提升系统动力学建模与分析

罗贤勇  
【摘要】: 随着世界工业化的进一步发展,对石油产品需耗量越来越大,迫切需要开采地下深层石油,从而超深石油钻机的研制开发也就提上日程。ZJ70/4500DBF石油钻机是应用于7000m石油开采的超深井石油钻探装备。超深井石油钻机自重和负载较大,井架较高,比常规钻机更容易振动变形甚至失效。而且在起下钻过程中,提升系统需按照一定速度要求提起和下放钻杆,在正常工作时,保持对钻杆的一定的作用力,在这三种工况下,钻机提升系统都处于循环工作状态,动载荷变化明显,对钻机的动态性能影响较大。为了确保钻机不发生共振,各个部件的受力都在允许的范围之内,并寻找到运动时间与力、速度、加速度、位移等变量的关系,因此,对钻机提升系统做动力学分析非常必要。 本文首先运用三维实体建模软件Pro/E创建钻机提升系统的三维实体模型,通过修改密度来补偿省略结构的质量,以减小误差;然后,为了更加准确的模拟提升系统的振动特性,把有相对运动的或主要受力的单个零件截分为多个零件,而把那些相对固定的、对提升系统动态特性影响不大的零件组合为一个刚体,并在接口程序Mech/Pro中对各个零件的连接部位做定位坐标(Marker),再参照提升系统实际连接情况,运用多刚体动力学软件ADAMS建立对应连接关系,并结合有限元软件ANSYS,对井架系统进行参数识别,同时还运用宏命令创建钻杆的几何模型和动力学模型;最后,通过外界激励下强迫振动的频域分析,求得井架在顶端四个连接点处正弦激励下的振动特性,再通过时域仿真分析,模拟提升系统的起下钻工作过程,并对仿真结果进行分析。 通过本文的研究,建立了ZJ70/4500DBF钻机提升系统的动力学模型,获得了提升系统在正弦激励下发生共振的频率范围、相位、幅值和对应的振型,以及在起下钻过程中各个零部件的位移、速度、加速度、力和力矩等与时间关系的曲线,并且从中可以发现最大受力和最大变形的时间和位置。这将为系列超深井钻机产品的设计、优化和控制提供依据,并且提高了系统的稳定性、可靠性,为后继项目仿真平台的开发提供数据基础。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TE922

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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1 张永泽;ZJ70DB钻机系统设计与研究[D];西南石油大学;2006年
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4 丁渊明;6R型串联弧焊机器人结构优化及其控制研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李明明;JC-70变频电驱动单轴绞车的设计和计算[D];中国石油大学;2011年
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10 常春影;门式起重机结构动态特性分析[D];大连理工大学;2006年
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4 记者 马启孝 通讯员 郭长勇;更新设备为勘探开发助力[N];中国石化报;2001年
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1 罗贤勇;超深井石油钻机提升系统动力学建模与分析[D];华中科技大学;2008年
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