石喜軍

摘 要：轉(zhuǎn)盤支座是帶壓作業(yè)裝置的關(guān)鍵承力件，它的強度直接影響了整體設備的安全性。在SolidWorks Simulation仿真分析的基礎(chǔ)上，用設計洞察圖解分析轉(zhuǎn)盤支座各部分承受載荷的有效情況，優(yōu)化了設計方案，轉(zhuǎn)盤支座的重量減少了20.98%，最大應力減少了6.8%。

關(guān)鍵詞：帶壓作業(yè)裝置；轉(zhuǎn)盤支座；simulation；仿真分析；設計洞察圖解；優(yōu)化

帶壓作業(yè)是在保持井筒內(nèi)一定壓力，不壓井、不放壓的情況下進行起下管柱，實施增產(chǎn)措施的一種先進的井下作業(yè)技術(shù)，能夠減輕對產(chǎn)層的污染，最大限度地保護原始地層，改善作業(yè)環(huán)境，同時給油田中后期的穩(wěn)產(chǎn)帶來較大的保障，其獨特的優(yōu)勢已經(jīng)得到業(yè)界的普遍認可[1-2]。轉(zhuǎn)盤支座是帶壓作業(yè)裝置中連接舉升油缸和液壓轉(zhuǎn)盤的部件，承受來自轉(zhuǎn)盤、游動卡瓦和管柱的重力或上頂力，是帶壓作業(yè)裝置的關(guān)鍵承力件，所以它的強度尤其重要，直接影響了整體設備的安全性。

1 優(yōu)化原理及方法

在SolidWorks Simulation仿真分析的基礎(chǔ)上，設計洞察圖解可以在載荷和約束之間標繪一連續(xù)路徑，圖解半透明部分沒有實體部分那樣有效承受所應用的載荷，這些半透明區(qū)域為追求降低重量設計而可完全移除，而實體區(qū)域為了增加強度則可以適當加強。

2 轉(zhuǎn)盤支座安裝示意圖

轉(zhuǎn)盤支座與舉升油缸和液壓轉(zhuǎn)盤連接示意圖如下：

轉(zhuǎn)盤支座底板四個錐孔與四個舉升油缸的活塞桿連接，轉(zhuǎn)盤放在頂板上，用螺栓連接。轉(zhuǎn)盤上部裝有游動卡瓦，而卡瓦夾緊管柱，承受管柱重量，最終作用在轉(zhuǎn)盤支座上。

3 仿真分析及優(yōu)化

3.1 對初始方案進行仿真分析

此處假設管柱及轉(zhuǎn)盤卡瓦等總重100T，將轉(zhuǎn)盤支座初始方案輸入SolidWorks Simulation，建立有限元模型，施加載荷100T，運行仿真分析，得出以下結(jié)果：

轉(zhuǎn)盤支座初始方案的重量為791.845kg，可以看出最大應力為200.2Mpa，安全系數(shù)為610/200.2=3.05>3，符合標準要求[3]。

3.2 根據(jù)設計洞察圖解進行改進

定義設計洞察圖解，壓縮體積設定為20%，可以看出載荷主要作用在底板錐孔處和筋板上，應對這些區(qū)域進行加強；而頂板和底板部分區(qū)域為半透明，這些區(qū)域相對于藍色區(qū)域承受的載荷較小，將其移除后，對整體強度的影響不會很大。

將八個長筋板厚度增加5mm，底板半透明區(qū)域根據(jù)情況移除一部分，因頂板和底板錐孔處涉及轉(zhuǎn)盤和油缸的安裝，不便更改，暫時不做優(yōu)化。

3.3 對改進方案進行仿真分析

對改進方案進行仿真分析，得出以下結(jié)果：

轉(zhuǎn)盤支座改進方案重量為625.724kg，可以看出最大應力為186.6MPa，安全系數(shù)為610/186.6=3.27>3。相對于初始方案，重量減少了20.98%，最大應力減少了6.8%。

4 結(jié)語

本文在SolidWorks Simulation仿真分析的基礎(chǔ)上，用設計洞察圖解對模型有效受力情況進行了分析，改進了轉(zhuǎn)盤支座的結(jié)構(gòu)，在滿足標準要求的最小設計安全系數(shù)的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)盤支座的重量減少了20.98%，最大應力減少了6.8%。同理，這種方法也可以應用在帶壓作業(yè)裝置其他部件的優(yōu)化設計上。由此可見，基于SolidWorks Simulation設計洞察圖解的優(yōu)化設計可以有效地降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的安全性，對帶壓作業(yè)這一新技術(shù)的推廣應用具有重要意義。

需要注意的是，轉(zhuǎn)盤支座在實際工作中有受下壓力、受上頂力、受下壓力及扭矩、受上頂力及扭矩四種工況，優(yōu)化設計時應對每種工況進行分析，只能對四種工況設計洞察圖解共有的半透明區(qū)域進行減重，本文受于篇幅所限不做過多贅述。

參考文獻：

[1]樊獎平，張高峰，王學佳等.帶壓作業(yè)裝置現(xiàn)狀與發(fā)展[J].石油礦場機械，2008，37（12）：11-15.

[2]王煒.不壓井作業(yè)裝置技術(shù)現(xiàn)狀與應用分析[J].石油機械，2014，42（10）：86-89.

[3]SY/T6731-2014，石油天然氣工業(yè)油氣田用帶壓作業(yè)機[S].