升沉補(bǔ)償實驗臺虛擬樣機(jī)設(shè)計及系統(tǒng)節(jié)能研究

【摘要】：深海石油開發(fā)一般采用半潛式海洋平臺或浮式鉆井船等浮式鉆井裝置進(jìn)行鉆井作業(yè)。由于海浪的作用,鉆井平臺會產(chǎn)生升沉運(yùn)動,并帶動鉆柱一起運(yùn)動,從而導(dǎo)致鉆壓不穩(wěn)定,縮短鉆頭的使用壽命,甚至被迫停工,增加鉆井的成本。為了更好地研究升沉補(bǔ)償系統(tǒng)并進(jìn)行系統(tǒng)節(jié)能方面的研究,有必要開展升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的實驗研究工作。 為了更好地對已經(jīng)建立的鉆柱升沉補(bǔ)償試驗臺進(jìn)行研究,將試驗臺的三維模型導(dǎo)入系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件ADAMS中,經(jīng)過對固定構(gòu)件合理的合并、對仿真中無用構(gòu)件的刪除,并添加合適的運(yùn)動副之后,建立了鉆柱升沉補(bǔ)償試驗臺的虛擬樣機(jī)模型。 結(jié)合半主動補(bǔ)償閥控控制的原理,在ADAMS中建立了液壓系統(tǒng)圖,并且根據(jù)試驗臺的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定了其中的參數(shù);根據(jù)試驗過程中試驗臺的控制參數(shù),確定了各個液壓元件的參數(shù),經(jīng)過仿真,對比仿真結(jié)果與試驗結(jié)果,確定了試驗臺虛擬樣機(jī)模型的正確性,并且在這一前提下,針對影響被動補(bǔ)償效果的因素,如補(bǔ)償缸蓄能器的體積、氣囊壓力,負(fù)載缸蓄能器的體積、氣囊壓力等進(jìn)行了被動補(bǔ)償?shù)姆抡?確定了其對被動補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償效果和補(bǔ)償效率的影響;在半主動補(bǔ)償中,確定了各個參數(shù)如補(bǔ)償缸蓄能器的體積、氣囊壓力,負(fù)載缸蓄能器的體積、氣囊壓力,定量泵的流量,液壓閥控制函數(shù)中比例系數(shù)等對補(bǔ)償效果和補(bǔ)償效率的影響;并且確定了以上各個參數(shù)發(fā)生變化對系統(tǒng)能耗的影響,為試驗臺控制參數(shù)的選取提供了參考;在模型中,通過仿真模擬進(jìn)行了實際試驗臺無法進(jìn)行的試驗,比如鉆桿脫斷的工況、負(fù)載缸蓄能器故障工況等,通過量化的表達(dá)確定了在相關(guān)工況下給試驗臺帶來損害。 在半主動補(bǔ)償泵控加閥控的仿真中,利用試驗曲線和仿真曲線比較對仿真模型進(jìn)行了驗證,并且利用試驗數(shù)據(jù)做出曲線圖對兩種控制方式進(jìn)行了比較。 【關(guān)鍵詞】：升沉補(bǔ)償 半主動式 復(fù)合缸 虛擬樣機(jī)技術(shù) ADAMS
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TE952
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 課題的提出及研究目的和意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 研究目標(biāo)內(nèi)容和解決的關(guān)鍵問題13-14
• 1.3.1 研究目標(biāo)13
• 1.3.2 研究內(nèi)容13-14
• 1.3.3 擬解決的關(guān)鍵問題14
• 1.4 本文采取的研究方案、技術(shù)路線及可行性分析14-16
• 1.4.1 研究方案、技術(shù)路線14
• 1.4.2 可行性分析14-16
• 第二章 虛擬樣機(jī)仿真模型的建立16-45
• 2.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)和試驗臺簡介16-20
• 2.1.1 ADAMS 簡介16-17
• 2.1.2 ADAMS 的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)17
• 2.1.3 虛擬樣機(jī)技術(shù)簡介17-19
• 2.1.4 試驗臺簡介19-20
• 2.2 試驗臺幾何實體建模20-31
• 2.2.1 軟件基本設(shè)置20-23
• 2.2.2 導(dǎo)入試驗臺模型23-24
• 2.2.3 合并模型構(gòu)件24-25
• 2.2.4 編輯模型構(gòu)件25-30
• 2.2.5 試驗臺的工作原理30-31
• 2.3 試驗臺虛擬樣機(jī)建模31-45
• 2.3.1 添加運(yùn)動副31-36
• 2.3.2 添加驅(qū)動36-37
• 2.3.3 仿真液壓系統(tǒng)的建立37-40
• 2.3.4 被動補(bǔ)償系統(tǒng)參數(shù)的確定40-43
• 2.3.5 主動補(bǔ)償系統(tǒng)參數(shù)的確定43-45
• 第三章 虛擬樣機(jī)模型的驗證及補(bǔ)償效果對比分析45-71
• 3.1 虛擬樣機(jī)模型的驗證45-51
• 3.1.1 創(chuàng)建設(shè)計變量45-47
• 3.1.2 仿真參數(shù)的設(shè)置47
• 3.1.3 虛擬樣機(jī)模型的驗證47-51
• 3.2 被動式升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的仿真51-62
• 3.2.1 蓄能器的數(shù)學(xué)模型51-54
• 3.2.2 被動補(bǔ)償曲線的對比54-62
• 3.3 半主動式升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的仿真62-71
• 第四章 系統(tǒng)能耗的仿真研究71-78
• 4.1 系統(tǒng)能耗的確定方法71-72
• 4.2 補(bǔ)償缸蓄能器對系統(tǒng)能耗的影響72-74
• 4.2.1 補(bǔ)償缸蓄能器的體積對系統(tǒng)能耗的影響72-73
• 4.2.2 補(bǔ)償缸蓄能器氣囊壓力對系統(tǒng)能耗的影響73-74
• 4.3 負(fù)載缸蓄能器對系統(tǒng)能耗的影響74-75
• 4.3.1 負(fù)載缸蓄能器體積對系統(tǒng)能耗的影響74-75
• 4.3.2 負(fù)載缸蓄能器氣囊壓力對系統(tǒng)能耗的影響75
• 4.4 主動控制液壓回路參數(shù)對系統(tǒng)能耗的影響75-78
• 4.4.1 定量泵的流量變化對系統(tǒng)能耗的影響75-76
• 4.4.2 液壓閥控制函數(shù)比例系數(shù)對系統(tǒng)能耗的影響76-78
• 第五章 特殊工況的仿真研究78-86
• 5.1 鉆具事故的仿真78-81
• 5.1.1 常見的鉆具事故78
• 5.1.2 對鉆柱脫斷的仿真78-81
• 5.2 試驗臺負(fù)載缸蓄能器故障的仿真81-86
• 第六章 泵控加閥控的仿真及兩種控制方法的比較86-92
• 6.1 變量泵的參數(shù)設(shè)置86
• 6.2 泵控加閥控的仿真86-88
• 6.3 兩種控制方法的仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的對比88-90
• 6.4 兩種控制方法試驗結(jié)果的對比90-92
• 結(jié)論92-94
• 參考文獻(xiàn)94-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果96-97
• 致謝97

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