变椭圆轨迹钻井液振动筛动态特性分析

• 作 者: 薛六涛
• 出 处: 北京石油化工学院
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 振动筛 有限元法 动态特性 模态分析 试验模态

钻井液振动筛是钻井固相控制系统的关键设备,变椭圆轨迹振动筛具有较高的处理能力和分离效果,日益得到钻井界的重视,但服役过程中恶劣的工作环境及长期的交变载荷对振动筛的性能和使用寿命提出了更高的要求,因此,开展变椭圆轨迹振动筛的动态性能研究,提高工作可靠性,具有重要的工程和经济意义。本文采用理论建模、开发编程、有限元仿真及试验相结合的手段,对某型号变椭圆轨迹振动筛运动轨迹、动态特性等进行了深入研究,用以指导振动筛的设计和优化工作。主要研究内容如下:(1)分析了变椭圆轨迹振动筛的工作原理及其运动轨迹。在振动筛动力学理论模型基础上,利用MATLAB语言,编制了振动筛运动学参数计算程序;针对某型号变椭圆振动筛结构,计算了任意点速度、加速度等,模拟了其运动轨迹。结果表明,此振动筛有回抛现象,入料端椭圆长轴倾角为94.5°,抛掷指数14.9 g,需要进行优化处理。(2)基于有限元法,进行了变椭圆轨迹振动筛的动态特性分析,并开展了试验模态。利用ANSYS Workbench软件建立了振动筛有限元模型,通过模态分析,获得了其固有频率和振型,在此基础上,进行了谐响应分析。第一阶固有频率为6.5 Hz,远离工作频率,而且其它各阶固有频率远离激励频率,不会发生共振现象。谐响应计算结果表明,薄弱位置主要集中于前弹簧与侧板连接位置处,整体强度满足要求。采用锤击法开展了振动筛试验模态分析,试验频率与计算频率吻合较好,验证了有限元建模及仿真的结果的正确性。(3)研究了电机相位差、激振力比值及大小、电机位置等对于振动筛振动轨迹的影响,获得了各因素的作用规律。结果表明,激振力大小、电机位置以及电机安装平面与水平面夹角对振动筛的振动轨迹影响较大,为后续的结构改进提供了工程指导。(4)针对现有振动筛进行了结构改进及分析。基于运动学参数变化规律,分别改变了激振力的大小、两电机的位置等,选择激振电机水平安装,结果表明,改进后的结构可以满足设计指标要求,有良好的振动轨迹。根据工程要求,探讨了电机安装的极限位置,以避免回抛及抛掷指数反转的现象。本文的研究工作可以为振动筛的结构设计、避免共振及延长使用寿命具有重要的指导和借鉴作用。