1.一种基于离散系统的抽油机井泵功图转化模型,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤1、将抽油杆柱简化为多质量—弹簧系统,建立抽油杆柱多自由度运动微分方程,运动微分方程的矩阵形式为
式中: 为广义坐标下结构总节点加速度列阵; 为广义坐标下结构总节点速度列阵;{x}为广义坐标下结构总节点位移列阵;{m}为广义坐标下结构总节点质量列阵;{c}为广义坐标下结构总节点油液阻尼列阵; 为悬点速度表达式; 为悬点加速度表达式;{p}为节点受到的泵端载荷列阵;[M]为质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵;
步骤2、利用傅里叶级数法给出悬点位移、悬点载荷和泵端载荷的近似表达式:悬点位移
悬点载荷
泵端载荷
式中:a0、an、bn为悬点位移傅里叶表达式中的傅里叶系数;c0、cn、dn为悬点载荷傅里叶表达式中的傅里叶系数;e0、en、fn为泵端载荷傅里叶表达式中的傅里叶系数;ω0为曲柄转动的平均角速度,单位为rad;t为曲柄运动的时间,单位为s;
步骤3、利用振型叠加法将抽油杆柱多自由度运动微分方程化为若干个单自由度运动微分方程,单自由度运动微分方程的矩阵形式为:式中: 为正则坐标下结构总节点加速度列阵; 为正则坐标下结构总节点速度列阵;{θ}为正则坐标下结构总节点位移列阵;[CN]为油液阻尼的正则对角矩阵; 为固有频率的平方的对角矩阵;{QΨn}为正则力表达式中sin前的系数列阵;{RΨn}为正则力表达式中cos前的系数列阵;{e}为正则力表达式的常数项列阵;
步骤4、利用单自由度系统振动求解公式求解方程,杆柱任意节点的位移表达式为:步骤5、利用悬点载荷求解和对比系数求出泵端载荷表达式的傅里叶系数,求出泵端载荷表达式和位移表达式,对比系数的过程为:
2.根据权利要求书1中所述的一种基于离散系统的抽油机井泵功图转化模型,其特征在于:在步骤1中,抽油杆柱多自由度运动微分方程的计算步骤如下:(1)由抽油杆柱简化的多质量—弹簧系统中的节点的受力分析得到单个节点的运动微分方程为:
式中:xA为任意时刻悬点位移,m;mi,j为第i级杆柱第j个节点的质量,单位为kg;xi,j为第i级杆柱第j个节点的绝对位移,单位为m;ci,j为第i级杆柱的第j个节点的油液阻力系数,单位为Pa·s;ki,j为第i级杆柱第j个节点下端弹簧的弹簧常数,单位为N/m;
将每个节点的运动微分方程写成方程组,并写成矩阵形式,得到抽油杆柱多自由度运动微分方程。
3.权利要求书1中所述的一种基于离散系统的抽油机井泵功图转化模型,其特征在于:在步骤3中,单自由度运动微分方程的求解的计算步骤如下:步骤二中用傅里叶级数法给出了泵端载荷和悬点位移的近似表达式,并代入到了方程中,运动微分方程右端sin,cos前的系数矩阵如下式:将其带入单自由度系统在简谐激励力下的响应求解公式,并将不同频率的简谐力激励下的响应叠加,得到杆柱每个节点的响应表达式。
4.权利要求书1中所述的一种基于离散系统的抽油机井泵功图转化模型,其特征在于:在步骤5中,悬点载荷求解及对比系数的计算步骤如下:悬点载荷的表达式为:
PRL=ke(xA‑q1)+G′rod式中:ke为抽油杆柱悬挂系统的等效弹簧常数;G′rod为杆柱在油液中的自重;
由于q1中含有悬点载荷函数、悬点位移函数、泵端载荷函数中的各项傅立叶系数,悬点载荷函数与悬点位移函数中的傅立叶系数已求得,只有泵端载荷函数中的傅立叶系数未知,令上式与步骤二中得到的悬点载荷表达式中cos与sin前的傅立叶系数对应相等,求得泵端载荷表达式的傅里叶系数;
对比系数确定泵端载荷傅里叶系数:由上式求得泵端载荷傅里叶系数en,fn,e0,得到泵端载荷的表达式。