游梁式抽油系统动力学与系统效率极限值的研究

发布时间：2017-03-19 17:04

  本文关键词：游梁式抽油系统动力学与系统效率极限值的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：系统效率是评价抽油机井用能水平的重要技术指标,建立抽油机井系统效率极值的仿真评价方法是分析抽油机井能耗现状、节能潜力以及指导节能优化的理论基础。游梁式抽油系统是机电液高度耦合的动力学系统,动力学建模是该领域研究的主题。针对目前将游梁式抽油系统地面装置简化为单自由度刚性构件以及基于线性假设的抽油杆纵向振动的仿真模型存在的不足,在深入研究地面单元动力学仿真模型的基础上,建立了游梁式抽油系统地面装置多自由度扭转振动的仿真模型以及抽油杆纵向振动的通用仿真模型。以系统动态仿真为基础,建立了游梁式抽油机单元瞬时传动效率的仿真模型。在单元系统效率仿真模型的基础上,建立了系统效率极值的仿真优化模型。本论文研究具有理论价值与实际意义。在基于目前皮带传动装置双圆盘扭转振动仿真模型的基础上,考虑了游梁式抽油机皮带传动紧边与松边刚度的不同以及皮带等效刚度与带轮等效转动惯量的时变性,建立了双圆盘扭转振动的仿真模型;考虑皮带分布质量的影响,建立了基于弹性体纵向振动的仿真模型。以皮带纵向振动的仿真模型为基础,建立了皮带瞬时传动效率的仿真模型。仿真结果表明:皮带纵向振动具有明显的非线性特征;负载扭矩波动导致皮带瞬时传动效率波动,并显著降低了皮带平均传动效率,使得大皮带轮转速波动加大,从而影响悬点运动规律以及抽油杆纵向振动。在目前基于波动方程描述的抽油杆纵向振动仿真模型的基础上,建立了具有减振悬绳器、阻尼器的混合抽油杆纵向振动的仿真模型;考虑库仑阻尼、幂律阻尼以及泵端载荷含有速度非线性项的影响,建立了基于离散系统的抽油杆纵向振动的仿真模型。仿真结果表明:在线性系统假设条件下,由线性减振悬绳器、线性阻尼器组成的混合抽油杆系统为线性系统;减振悬绳器在深井与柔性杆抽油系统中具有较明显的减振效果。综合考虑皮带与减速箱传动系统的弹性,建立了游梁式抽油系统地面传动装置多自由度扭转振动的数学模型,提高了悬点运动规律以及悬点示功图的仿真精度。基于游梁式抽油系统地面装置多自由度扭转振动的数学模型以及抽油杆纵向振动多自由度离散系统的数学模型,建立了基于常微分方程组的游梁式抽油系统动力学仿真的数学模型,实现了基于数值积分法的整体仿真,解决了目前积分法与差分法数值仿真模型不统一的难题。基于系统动态仿真,建立了抽油机井节点力能参数、单元效率以及系统效率的仿真模型;基于井筒节点力的多相管流计算模型,建立了抽油机井供产协调仿真模型与系统效率极值仿真优化模型。开发了《游梁式抽油系统动力学与系统效率极限值仿真优化》计算机软件,实现了抽油机井系统效率水平、系统效率极值与节能潜力的定量仿真评价。
【关键词】：游梁式抽油系统 动力学 非线性 系统效率极限值 仿真优化
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE933.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 引言12
• 1.2 国内外发展现状及发展趋势12-24
• 1.2.1 游梁式抽油机皮带传动系统动力学分析概况12-16
• 1.2.2 抽油杆柱动力学的发展概况16-18
• 1.2.3 游梁式抽油系统整体动力学仿真分析概述18-23
• 1.2.4 游梁式抽油机井系统效率极限值仿真概述23-24
• 1.3 课题来源及主要研究内容24-26
• 1.3.1 课题来源24
• 1.3.2 主要研究内容24-26
• 第2章 游梁式抽油机皮带传动的纵向振动与传动效率26-55
• 2.1 皮带传动系统双圆盘扭转振动的仿真模型26-33
• 2.1.1 力学与数学模型27-29
• 2.1.2 双圆盘扭转振动数学模型的线性化及其数值解29-32
• 2.1.3 双圆盘扭转振动数学模型的非线性与数值解32-33
• 2.2 基于弹性体的皮带纵向振动的仿真模型33-45
• 2.2.1 力学与数学模型33-38
• 2.2.2 皮带弹性体纵向振动的数学模型的线性化与数值解38-42
• 2.2.3 皮带弹性体纵向振动数学模型的非线性与数值解42-45
• 2.3 皮带传动效率的计算模型45
• 2.4 模型仿真精度验证45-49
• 2.4.1 测试装置的组成45-46
• 2.4.2 测试计算方法46-47
• 2.4.3 仿真与测试结果对比47-49
• 2.5 皮带传动装置纵向振动与传动效率影响因素分析49-53
• 2.5.1 共振频率分析49
• 2.5.2 幅频曲线的影响因素分析49-51
• 2.5.3 传动效率影响因素分析51-52
• 2.5.4 大皮带轮瞬时转速影响因素分析52-53
• 2.6 本章小结53-55
• 第3章 抽油杆纵向振动的仿真模型与特性分析55-86
• 3.1 抽油杆纵向振动的阻尼与激励特性55-64
• 3.1.1 杆柱纵向振动的阻力与阻尼系数55-58
• 3.1.2 抽油杆纵向振动的激励58-64
• 3.2 抽油杆纵向振动的连续系统模型64-69
• 3.2.1 力学模型与数学模型64-65
• 3.2.2 数学模型的线性化及振动响应求解65-67
• 3.2.3 振动偏微分方程的差分解67-69
• 3.3 抽油杆柱纵向振动的离散系统模型69-71
• 3.3.1 力学模型与数学模型69-70
• 3.3.2 稳态响应求解70-71
• 3.4 悬绳器振动特性和减振效果分析71-78
• 3.4.1 振动特性分析71-73
• 3.4.2 减振效果分析73-78
• 3.5 阻尼器振动特性和减振效果分析78-85
• 3.5.1 振动特性分析78-80
• 3.5.2 减振效果分析80-85
• 3.6 本章小结85-86
• 第4章 游梁式抽油系统动态参数的计算机仿真86-105
• 4.1 地面装置动力学仿真的数学模型86-91
• 4.1.1 等效驱动力矩和等效阻力矩88-89
• 4.1.2 等效刚度和等效阻尼89-90
• 4.1.3 等效转动惯量90-91
• 4.2 抽油杆柱纵向振动的通用数学模型91-92
• 4.3 系统动力学的整体数值仿真模型92-95
• 4.4 节点功率、单元效率与系统效率仿真模型95-98
• 4.4.1 节点功率仿真模型95-97
• 4.4.2 单元效率与系统效率仿真模型97-98
• 4.5 仿真实例与结果分析98-104
• 4.5.1 仿真精度验证98-99
• 4.5.2 系统稳态响应分析99-104
• 4.6 本章小结104-105
• 第5章 游梁式抽油机井系统效率极限值的仿真优化105-137
• 5.1 基于井筒多相管流的油井供产协调仿真模型105-112
• 5.1.1 油井流入特性105-106
• 5.1.2 抽油泵流出特性曲线方程106-107
• 5.1.3 井筒管路特性曲线方程107-111
• 5.1.4 油井供产协调方程111-112
• 5.2 系统效率极限值的仿真优化模型112-114
• 5.2.1 优化设计变量112
• 5.2.2 目标函数112
• 5.2.3 约束条件112-114
• 5.3 仿真优化软件与精度验证114-129
• 5.3.1 仿真优化软件功能114-118
• 5.3.2 软件精度的试验验证118-129
• 5.4 系统效率及极值的影响因素分析129-136
• 5.4.1 系统效率影响因素的仿真评价129-131
• 5.4.2 系统效率极值影响因素的仿真评价131-134
• 5.4.3 结论与认识134-136
• 5.5 本章小结136-137
• 结论137-139
• 参考文献139-151
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果151-153
• 致谢153-154
• 作者简介154

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 丁亮亮;李颖川;魏纳;刘安琪;蒋小兰;;稠油井有杆抽油系统动态数值预测[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2008年03期

2 曲占庆;张杰;刘少军;林姗姗;田相雷;;基于主成分分析法提高有杆抽油系统效率[J];断块油气田;2012年03期

3 周臻;孟少平;吴京;;一种考虑杆件初始弯曲的非线性杆单元[J];东南大学学报(自然科学版);2007年02期

4 李师东;勇新华;;有杆抽油系统效率优化方法研究[J];石油天然气学报;2010年06期

5 戈新生;李德双;;轴向运动带的横向与纵向非线性振动[J];机械强度;2012年01期

6 杨玉萍,张小美,沈世德;同步带传动系统横向振动的分析研究[J];机械设计;2003年01期

7 张俊;张晓婷;;流体传输中流体阻力和水头损失的计算[J];流体传动与控制;2011年04期

8 刘彦琦;张伟;高美娟;杨晓丽;;基于积分本构黏弹性带的横向非线性动力学[J];力学学报;2008年03期

9 陆兴华;;输送带纵向振动方程[J];煤矿机械;2009年01期

10 陈灿;陈凤;张耀;施硕;杨小辉;;抽油机减载器在塔河油田的应用及改进[J];油气藏评价与开发;2013年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 孙智;聚合物驱油井产出液在抽油杆做轴向运动的井筒中的流动——理论，计算和应用[D];大庆石油学院;2004年

  本文关键词：游梁式抽油系统动力学与系统效率极限值的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：256269