基于LS-DYNA的射流式液动锤活塞回程缓冲结构的研究

为了减弱射流式液动锤活塞回程撞击缸体的应力波对射流元件的破坏,延长射流元件的寿命,提出在缸体中设置碟簧缓冲结构来吸收冲锤回程的冲击能,并应用LS-DYNA显示动力学分析手段,对活塞回程进行仿真分析,探究碟簧缓冲对射流元件受力状态的影响,结果表明：采用碟簧缓冲结构,射流元件的最大应力可降低40%～57%,有效改善了射流元件的应力状态,在液动锤实际工作中具有可行性。     

活塞冲锤主要参数对射流元件临界流速的影响

应用CFD动态分析技术,以SC71B型射流式液动锤为研究对象,研究了活塞直径、活塞杆直径、活塞冲锤质量和行程对射流式液动锤射流元件临界流速的影响,并进行了实验验证。结果表明:理论预测值与实测值相对误差小于7.5%,精度远高于以往经验估计;射流元件临界流速随着活塞直径的增加而降低,随着活塞杆直径和活塞冲锤质量的增加而升高,与行程大小无关。以SC71B型射流式液动锤为例,为降低射流元件临界流速以减轻冲蚀,应设计40～42 mm的活塞直径、23～26 mm的活塞杆直径和11.2～23.5 kg的活塞冲锤质量。活塞直径增加23.5%时,射流元件临界流速降低了2/3;活塞杆直径增加60%时,射流元件临界流速提高了近4倍;活塞冲锤质量增加5倍时,射流元件临界流速只增加了1倍。     

射流式液动潜孔锤在油气井钻进中的应用

射流式液动潜孔锤具有易损件少、防斜效果好、钻进效率高等优点,在油气井钻进中具有广泛的应用前景。本文以中国大陆科学钻探深孔钻进的实际数字为依据,对比分析了应用射流式液动潜孔锤在深井钻进和普通回转钻进的钻进成果。详细阐述了射流式液动潜孔锤的优缺点及在油气井钻进中的改进措施。     

射流式液动锤内部动力过程的数学模型及仿真分析

建立了活塞、冲锤在缸体内的运动规律,上下缸内液体状态变化的数学模型以及冲程和回程阶段活塞运动微分方程。应用Matlab语言及其主要工具Simulink对射流式液动锤内部动力过程进行数值仿真分析计算,得出射流冲击器仿真计算结果数据,绘制出位移、速度、前后腔压力、加速度曲线。     

多参数液动潜孔锤测试平台的研究

液动冲击回转钻进技术现已广泛应用于地质勘探领域,但在石油、地热、煤层气等其他钻井领域应用还较少。原因之一是现有的液动潜孔锤正常工作所需泵量和泵压与输出冲击功和冲击频率难以适应上述钻井领域的要求。针对这一问题,分析了冲击功与冲击力的关系,利用压电石英传感器测定液动潜孔锤的冲击功,并研制了多参数液动潜孔锤测试平台,探索液动潜孔锤结构参数对其输入、输出性能参数的影响,以适应不同领域钻井技术的要求。新研制的液动潜孔锤测试平台由数据采集和处理模块、循环动力模块和机械固定模块3个主要模块组成,实现了在尽可能不破坏液动锤结构的前提下对其输出冲击功、冲击频率及泵量、上下腔压力、背压等多个参数进行实时动态监测,进而开展液动潜孔锤理论研究,进一步提高其研究水平和适用领域。     

液动射流式冲击器性能参数影响规律的研究

本文根据计算与模拟实验资料,分析了液动射流式冲击器的泵量、泵压、冲锤质量、冲击行程等,对冲击器性能参数的影响规律、电算模拟数据绘制了相应的影响规律曲线,其结果与室内模拟实验的结果吻合,为冲击器的设计与使用提供了依据。      

高能射流式液动锤在花岗岩中的钻进研究

由于干热岩地层通常为火成岩,研磨性强、可钻性差,现有常规工艺方法钻进效率低,为此专门研制了用于干热岩钻进用的SC-86H型高能射流式液动锤,并对该高能射流式液动锤样机进行了地面钻进试验。试验采用可钻性等级为10级的完整花岗岩作为钻进对象,观测了冲锤质量、活塞行程和泵量对机械钻速的影响。试验结果表明：增大冲锤质量、活塞行程和泵量有利于提高机械钻速。试验过程中获得的最大机械钻速为5.19 m/h,较常规回转钻进机械钻速提升显著。     

基于LS-DYNA的大容腔潜孔锤钻头结构研究

提出通过大容腔结构改善潜孔锤钻头与冲锤质量比来提高液动潜孔锤钻进效率的方法,并应用LS-DYNA显示动力学分析手段,对常规潜孔锤钻头和新型大容腔结构潜孔锤钻头的碎岩效果及应力状态进行仿真分析,结果表明：采用大容腔结构减小潜孔锤钻头的质量,调整钻头与冲锤质量比,可明显提升碎岩效果;冲锤与钻头质量比由0.79变化到0.91,岩石碰撞过程中吸收的最大冲击能变化率以及碰撞结束后的最终吸能变化率分别为41.13%和67.17%;两种大容腔潜孔锤钻头的受力均满足长期作业的疲劳强度要求,数值模拟计算结果表明,该钻头结构在施工中具备可行性。     

基于LSDYNA的射流式液动锤回程动力 外传机构研究

设计一种改变冲击应力波在射流式液动锤内传播途径的结构,分析在不同传播途径中应力波衰减程度的改变,基于LSDYNA显式动力学分析方法,对冲锤回程阶段进行仿真分析,探究冲锤回程冲击在液动锤内两种不同传播途径的模型中射流元件受到的应力变化。研究表明,动力外传机构通过避免对缸体上部的刚性碰撞,能大大降低射流元件所受到的冲击应力,并且外传机构的几何参数对应力的衰减也有一定的影响。     

蓄能式液动潜孔锤的研究

蓄能式液动潜孔锤是一种反作用式潜孔锤,具有低能耗、小排量、大冲击功和高能量利用率的特点。以芯阀结构为例,介绍了蓄能式液动潜孔锤的结构特点及其工作原理,阐述了新型蓄能式液动潜孔锤的研制过程和技术优势,以及应用效果。指出了存在的问题和改进的建议。     

增大液动射流式冲击器单次冲击功的试验研究

:试验结果发现 ,当行程加大时 ,获得较高的冲锤末速度 (5 .43m/s) ,单次冲击功 34 6 .45J。当活塞运动所需瞬时流量已大大超过了水泵供水的供给量时 ,冲击器仍能稳定地工作 ,这体现了射流冲击器作为一开放的系统所特有的流量可自动补偿的优点。射流冲击器对负载的适应能力较高 ,且在大行程条件下 ,增加锤重可较大幅度地提高单次冲击功。     

Analytical modelling of hammer impact for pile driving

Estimation of the drivability of piles requires modelling of the hammer impact in order to provide the input force wave at the pile head. Historically, this has been achieved through a numerical model of the hammer components (ram, cushion and anvil), which is then linked with that of the pile in order to effect the drivability analysis. This paper presents an analytical model of hammer impact, based on lumped ram and anvil masses separated by a cushion with internal damping, and connected to the pile which is modelled as a dashpot. Force–time responses derived from the analytical model are compared with actual field data, and also with results from commercially available numerical models of hammer impact. The analytical model is then used to explore the characteristics of hammer impact, with particular attention to combinations of parameters that lead to hammer bounce and, hence, significant loss of energy transferred to the pile.     

正反气动冲击机构系统仿真分析及结构优化

基于虚拟样机技术,利用SimulationX软件对应用于RPH系列双向气动冲击矛的正反气动冲击机构建立了系统仿真模型,在模型上进行了一系列的仿真模拟,得到了冲击机构工作参数的变化过程,比如活塞的冲击速度曲线、冲击力曲线等,揭示了其内部结构的工作状态。通过仿真模拟分析,找到了影响冲击机构性能的主要结构参数。通过一组模拟,选取了影响冲击机构性能的主要参数的最恰当值,对设计进行了优化。     

新型射流式元件结构设计与试验研究

射流式液动锤由于其具有钻进效率高、钻进深度不受限制等优点被成功应用于油气钻井领域。然而由于射流元件在复杂受力条件下极易破损,严重制约了射流式液动锤的使用寿命。为解决此问题,对射流式液动锤射流元件受力情况进行了数值模拟分析,通过分析射流元件内部应力场分布情况,得出了射流元件破损机理,并设计了新型两体式射流元件。模拟分析研究表明,采用新型两体式射流元件可将元件内最大应力值降低一个数量级,使射流元件受力情况明显改善,可有效地提高其使用寿命。     

高性能液动锤的试验与研究

高性能液动锤采用容积式双作用的工作原理,具有输出单次大冲击功和低泵压的工作特性。室内实验表明,高性能液动锤结构设计合理,其性能和技术指标达到了设计预期,既能输出较大的单次冲击功,同时还拥有较高的冲击频率和低泵压的工作特性;野外初步试验表明,高性能液动锤配合球齿钻头能够在坚硬地层中实现快速、高效的全面钻进。     

基于动态多步流动原理的快速测定SWCC方法及压力板仪改装研究

对以轴平移技术为原理的压力板测试系统进行改进,增加了数据自动采集系统,储水冲刷系统和气泡体积测量系统。解决了陶土板底部气泡体积测量问题。本次试验与常规平衡态测试非饱和土土-水特征曲线方法不同,在改进的压力板仪测试系统上对粉土试样开展动态多步流动实验。根据在Origin建立的非饱和土饱和度时间演化模型方程,对实测数据进行非线性拟合得出未知参数容水率C和特征时间τ,最终得到平衡状态下的土-水特征曲线的脱湿曲线。与常规平衡状态下测得的土-水特征曲线进行对比后能较好地重合。此方法在改进的压力板仪测试系统上测得一条脱湿曲线的时间为5d左右,具有较高准确性,与常规平衡态测试方法相比可以大大节省时间,方便快捷。     

潜孔锤反循环钻进岩屑粒度分布规律

研究岩屑粒度分布规律有利于进一步分析潜孔锤反循环钻进的碎岩机理。采用分布函数和分形方法对反循环钻进产生的岩屑粒度分布进行描述,并得到岩屑粒度分布规律。结果表明：试验用岩屑的粒度分布符合Gandin-Schuhmann分布和Rosin-Rammler分布,其中岩屑颗粒更贴近于G-S分布;岩屑粒径遵循分形规律,可以用分形方法描述反循环钻进中岩屑粒度的分布特征。从岩屑粒度分布来看,大于5 mm的颗粒占总质量的74.8%,表明潜孔锤球齿破碎岩石以体积破碎为主;块状颗粒分布在5~12 mm,说明岩石的体积破碎存在大小差异,并伴随有重复破碎。