涡轮钻具叶片的逆向分析及流场仿真研究Reverse analysis and flow field simulation of turbine drill blade.pdf

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1、图书分类号：学校代码：坤杏广丨巧」二億论文论文题目滿轮钻具叶片的逆向分析及流场仿真研究研究生姓名王庆仓导师姓名张晓东（教授学科专业石油矿场机械研究方向由备二〇一五年六月西南石油大学研究生学位论文知识产权声明书及学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西南石油大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等复

2、制手段保存和汇编本学位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研宄课题再撰写的文章一律注明作者单位为西南石油大学。本学位论文属于、保密（），在年解密后适用本授权书。、不保密（请在以上相应括号内打“”）学位论文作者签名：指导教师签名：知年厶月日，丨年‘月日西南石油大学研究生学位论文独创性声明本人声明：所呈交的研宄生学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含其他人为获得西南石油大学或其它教育机构的

3、学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：上年〈月汁曰摘要涡轮钻具中主要部件是由涡轮定子和转子组成的涡轮，它的作用是把液体能转化为主轴上的机械能。涡轮定转子叶片的形状制约着钻井液在涡轮中的流动状态，进而直接影响涡轮钻具的性能。涡轮叶片的表面为复杂的自由曲面，各研宄单位和生产企业对该曲面几何参数均严格保密。如何快速掌握现场应用高性能叶片的关键技术并进行改进设计，是现阶段亟待解决的问题。逆向工程是根据己经存在的产品，快速消化吸收先进

4、技术。因此，应用逆向工程技术来设计涡轮叶片对提高涡轮钻具的水力性能有重要的意义。本文以现场应用的涡轮钻具叶片为研究对象，借助于三坐标测量机和相关软件实现涡轮定转子叶片的逆向设计，研究的主要内容包括：分析涡轮钻具叶片的特征，选择接触式测量方法，规划测量路径，使用三坐标测量机测量叶片曲面，获得条截面线点云数据；学习逆向工程软件的使用方法，对点云分别进行点云滤波、点云对齐和点云分割处理。研究自由曲线曲面数学模型，用曲线拟合造型方法和点云直接拟合造型方法拟合曲面，将得到的个曲面拼接成完整涡轮钻具定转子三维模型，使用

5、软件对模型进行实体化操作，最终得到完整涡轮钻具转子实体模型；对该实体进行曲面光顺检查并建立误差评定量化指标。研究流体在涡轮钻具中流动的数学模型，使用软件建立涡轮钻具定转子流域的周期模型，用软件对模型进行网格划分、设置边界条件和流场仿真操作，得到的恒定流量下涡轮定转子内流场压力和速度分布的基本规律，分析比较不同转速下转子叶片上压力变化，进行涡轮钻具试验，将试验得到的水力参数与模拟的水力参数进行对比，验证逆向工程技术设计涡轮钻具叶片的可行性。关键词：涡轮定转子叶片；逆向工程；三坐标测量；误差评定；流场仿真Abs

6、tractThemaincomponentofturbodrillisturbine.Theturbineismadeupofturbinestatorandrotor.Itsfunctionistransformingtheliquidenergyintomechanicalenergyontheprincipalaxis.Theshapeoftheturbinestatorandrotorrestrictsflowstateofthedrillingfluidintheturbineanddirectl

7、yinfluencetheperformanceoftheturbodrill.Thesurfaceofturbinebladesiscomplexfreesurface，，，，，，，，；，，：；；；；第章绪论研宄的目的及意义国内外涡轮钻井技术发展概述国外涡轮钻井技术发展概述国内涡轮钻井技术发展概述涡轮钻具叶片造型的研究现状逆向工程概述论文主要内容第章基于逆向工程的涡轮钻具叶片数据采集三坐标测量机的介绍数据采集方法非接触式测量方法接触式测量方法非接触式测量与接触式测量的比较涡轮钻具叶片的测量方法测量路径规划

8、与数据采集涡轮钻具转子电火花线切割过程测量路径规划数据采集小结第章涡轮钻具叶片数据处理技术软件介绍点云过滤点云对齐点云分割点云分割方法叶片的点云分割小结第章涡轮钻具叶片曲面拟合及实体造型自由曲面参数化表示曲线曲面理论4.2.1非均匀有理样条基函薮的导出非均匀有理样条曲线及其插值非均匀有理样条曲面及其插值曲面重构方式曲线拟合曲面点云构造曲面涡轮钻具叶片曲面重构叶片曲面重构曲面拼接类型叶片的曲面拼接涡轮钻具转子实体造