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升沉补偿实验台虚拟样机设计及系统节能研究

张文凯  
【摘要】:深海石油开发一般采用半潜式海洋平台或浮式钻井船等浮式钻井装置进行钻井作业。由于海浪的作用,钻井平台会产生升沉运动,并带动钻柱一起运动,从而导致钻压不稳定,缩短钻头的使用寿命,甚至被迫停工,增加钻井的成本。为了更好地研究升沉补偿系统并进行系统节能方面的研究,有必要开展升沉补偿系统的实验研究工作。 为了更好地对已经建立的钻柱升沉补偿试验台进行研究,将试验台的三维模型导入系统动力学分析软件ADAMS中,经过对固定构件合理的合并、对仿真中无用构件的删除,并添加合适的运动副之后,建立了钻柱升沉补偿试验台的虚拟样机模型。 结合半主动补偿阀控控制的原理,在ADAMS中建立了液压系统图,并且根据试验台的结构参数确定了其中的参数;根据试验过程中试验台的控制参数,确定了各个液压元件的参数,经过仿真,对比仿真结果与试验结果,确定了试验台虚拟样机模型的正确性,并且在这一前提下,针对影响被动补偿效果的因素,如补偿缸蓄能器的体积、气囊压力,负载缸蓄能器的体积、气囊压力等进行了被动补偿的仿真,确定了其对被动补偿的补偿效果和补偿效率的影响;在半主动补偿中,确定了各个参数如补偿缸蓄能器的体积、气囊压力,负载缸蓄能器的体积、气囊压力,定量泵的流量,液压阀控制函数中比例系数等对补偿效果和补偿效率的影响;并且确定了以上各个参数发生变化对系统能耗的影响,为试验台控制参数的选取提供了参考;在模型中,通过仿真模拟进行了实际试验台无法进行的试验,比如钻杆脱断的工况、负载缸蓄能器故障工况等,通过量化的表达确定了在相关工况下给试验台带来损害。 在半主动补偿泵控加阀控的仿真中,利用试验曲线和仿真曲线比较对仿真模型进行了验证,并且利用试验数据做出曲线图对两种控制方式进行了比较。


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