[发明专利]一种电驱压裂系统机电耦合特性的建模方法

说明书

本发明公开了一种电驱压裂系统机电耦合特性的建模方法，它涉及机电耦合建模领域，首先本发明利用多层次法将电驱压裂系统进行结构划分，按照系统的组成和功能特点将系统划分为若干独立子系统，并确定系统所研究的振动类型，然后对各子系统进行简化并对简化模型建模，得到各子系统的有限元和数学模型，计算轴系各动力学参数，再根据各基本单元之间的关系选择其耦合方式以建立系统轴系振动模型，最后求解模型并获取系统机电耦合特性，建立了一种电驱压裂系统机电耦合特性的建模方法。本发明以多层次法为手段，以建立考虑电驱压裂系统驱动端和负载端相互影响的模型为目标，有效解决了电驱压裂系统机电耦合精准化和快速化建模的问题。

技术领域

本发明涉及机电耦合建模领域，具体为能考虑电驱压裂系统在机电耦合下驱动端和负载端相互影响，并研究电驱压裂系统轴系自由振动和强迫振动特性以及电动机和压裂泵性能变化的机电耦合特性建模方法。

背景技术

新世纪以来，人类面临着越来越严峻的能源问题，深度开发传统能源和获取新能源成为人们解决能源问题的关键手段。作为开发位于深地质层的页岩气关键技术的压裂技术的深入研究越来越有必要。电驱压裂技术走进人们的视野，相比于传统的柴油机驱动，在环境保护、振动噪声以及控制等方面有着良好的表现。

电动机驱动压裂系统往往通过中间连接部件连接系统的驱动端和负载端，进而形成一个整体。但是常规的研究方法都是将系统的驱动端和负载端分离开来，互不影响，不能考虑系统的整体性，且无法研究系统连接轴系的振动情况。实际上，电驱压裂系统的驱动端和负载端在工作时都是相互影响的，同时对中间轴系作用，引起轴系的扭转和纵横向振动，加剧系统的振动与噪声。同时众多的研究方法无法对电驱压裂系统的固有振动特性进行研究。

上述常规的建模以及研究方法无法对机电耦合下的电驱压裂系统驱动端电动机特性和中间轴系的振动特性进行研究，导致研究不够深入，不能研究系统故障状态下运行特性，也不能保证系统的安全运行。本发明公开的机电耦合建模方法可以充分考虑系统各部件的相互作用关系，进而研究电驱压裂系统的整体特性。

发明内容

针对电驱压裂系统机电耦合建模问题，即无法考虑电驱压裂系统在机电耦合下驱动端和负载端相互影响，且无法研究在机电耦合下连接轴系的自由振动和强迫振动特性的情况，本发明提供了一种电驱压裂系统机电耦合特性的建模方法，不仅可以考虑电驱压裂系统驱动端和负载端相互影响问题，还能研究连接轴系的扭转和纵横向振动情况，使研究更加深入，为电驱压裂系统在机电耦合下整体特性和后续系统安全性问题研究提供了更多的方法。

一种电驱压裂系统机电耦合特性的建模方法，其特征在于：所述机电耦合特性建模方法能够考虑驱动端和负载端相互影响，能够研究系统轴系振动情况，进而研究电驱压裂系统的整体特性，所述方法的具体实现过程为：

步骤一、划分电驱压裂系统为独立子系统：

对电驱压裂系统结构进行划分，利用多层次法，根据系统各组成结构之间多驱动源的结构和功能特点，将电驱压裂系统划分为驱动子系统、中间轴系子系统以及负载子系统三个独立的子系统；

驱动子系统主要为驱动电动机的转子及输出轴等，中间轴系子系统主要为中间连接轴段和联轴器等，负载子系统主要包括压裂泵等；

步骤二、确定电驱压裂系统研究的振动类型：

对于电驱压裂系统的研究要有所侧重点，电驱压裂系统有两个重要的组成部分，电动机和压裂泵，根据项目要求和实际情况选择主要研究的结构进而选择合适的建模方法；

同时，根据实际情况对系统危害最大的振动类型选择轴系研究的振动类型，包括纵横向振动和扭转振动两种类型；

确定了系统研究的侧重点和振动类型后，方便后续建模及提高计算效率等；

步骤三、简化并建立各独立子系统的模型：