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        石油機械制造中振動時效技術的應用

        2023-02-28 10:26:54臧瑋
        中國設備工程 2023年4期
        關鍵詞:振動設計

        臧瑋

        (中海石油(中國)有限公司天津分公司工程建設中心,天津 300450)

        隨著我國科學技術水平日新月異的發(fā)展,也帶動了我國振動時效技術的進一步提升,且在國內外均得以越來越廣泛地應用。振動時效技術作為石油機械設計階段的重要組成部分,科學合理地利用,能在很大程度上促進我國石油機械行業(yè)的進一步發(fā)展。由此可見,在石油機械制造中,相關工作人員應充分掌握振動時效機理,了解振動時效處理參數,并將振動時效技術落到實處。如此一來,不僅能提升石油機械制造的精準性與高效性,而且也有利于為我國石油機械行業(yè)未來的持續(xù)、長遠發(fā)展奠定基礎。

        1 振動時效機理

        眾所周知,石油機械是否精準在很大程度上取決于其設計是否科學、是否規(guī)范。所以,加大石油機械設計階段的把控力度尤為重要,這樣才能確保石油機械設計的精準性,并且最大程度上滿足振動時效技術的生產需求。振動時效技術可劃分為以下幾點:(1)現階段,振動時效技術成型是應用不常見的技術之一,振動時效技術成型的關鍵在于振動時效的應用案例及其效果,在對振動時效進行處理階段,明確工藝參數與確定振動階段的力、時間以及頻率等是其關鍵技術,同時,以工件實際形狀為基礎,明確支撐點、振動點、以及拾振點位置。對鉆機傳動裝置的聯動機底座進行振動時效處理,也能獲得良好成效。從大立場的角度來講,在周期性等外在因素的影響下,可能會導致工件存在交變動應力,值得注意的是,一旦出現交變動應力的情況下,會與內部存在的應力疊加在一起,從而增加部分位置的應力,更嚴重的還會出現塑性變形,參與的應力峰值會越來越低,原有內應力場發(fā)生改變,需要重新分布工件應力。從小立場的角度來講,增加振動能量,不僅能促進構件內部晶體功能得以進一步強化,而且也能加快晶格恢復速度,并且其他因素不會對其造成影響。在強化其根本的過程中,也能從根源減少構件應力水平,為工件抗變形能力與之穩(wěn)定性提供可靠的保障。構件精準性也能得以大幅度提升,并且實現合理利用,增加其模型振動時效技術周期。在此階段,通過振動時效技術的有效落實,無論是對構件的建模,還是對構件受力欠佳區(qū)域的分析均能奠定基礎,以此來充分掌握構件在發(fā)揮作用階段的受力性能,相關工作人員可以此為基礎,對其進行科學合理的調整,確保石油機械設計最大程度滿足受力、外觀等要求。(2)在對振動時效技術石油機械設計階段,做好實際應用化的快速設計系統(tǒng)也尤為重要,通過對石油機械的科學設計,能促使后期高效、科學使用,所以,若想加強提升設計質量,要求業(yè)內人士基于實際情況科學合理開展設計,并對設計結果進行全面審核,如此一來,才能確保該技術在石油機械制造中彰顯其作用,為石油機械設計質量提供可靠的保障。石油機械和振動的時效技術作為振動時效技術應用階段的重要組成部分,若想避免后續(xù)產生問題,在設計工作開展階段,應最大程度降低因為使用單一而形成的限制。(3)結合設計工作的實施情況不難發(fā)現,通用技術在交互重疊階段的應用更常見,普遍來講,相關工作人員要以整體結構為基礎,對部分構件進行合理設計,并利用自身以往的工作經驗,設計幾何圖形,值得注意的是,這種方式難以第一時間發(fā)現設計中存在的不足,因此,難以確保設計質量。若想對不足之處加以完善和解決,可結合實際情況,將石油機械設計相關技術有效融合在一起。如圖1所示。

        圖1 振動時效處理設備安裝示意圖

        2 振動時效處理參數

        2.1 激振力

        針對激振力來講,其在工件上能形成附加動應力場,激振力與熱時效加熱溫度有很多類似的地方。結合以往工作情況不難發(fā)現,動應力殘留量和激振力有著密不可分的聯系,簡而言之,動應力大小和參與應力降低量成正比。由此可見,激振力也可看作振動時效處理參數的呈現方式,在激振力欠佳的情況下,殘留應力水平也難以實現提升。如果在激振力充足的情況下,則可能會導致長時間運行的工件產生問題。為了避免問題的發(fā)生,要求相關人員結合實際情況,對激振力加大控制力度,并將其控制在相應的范圍內。普遍來講,動應力情況應在工件承受疲勞荷載的一半。

        2.2 激振頻率

        針對振動時效的處理來講,應盡最大程度利用最小的激振力去獲取最大動應力。具體來講,由于共振本身帶有一定的作用,在亞共振區(qū)域周邊安設激振,不僅能為產生振動提供有利條件,而且也能從根源避免因為轉速變化而形成問題,如振動不穩(wěn)。如圖2所示。

        圖2 激振頻率

        2.3 激振時間

        利用振動時效能對殘余應力做出有效把控,最大程度減少不必要應力的同時,也能降低或避免對設備帶來的不利影響。具體來講,主要是將構件的低應力情況替代高殘余應力情況,從本質上來看,此種工作模式是動態(tài)的過程。值得注意的是,若想確保此工作流程更加順利、高效地完成,難免需要投入大量的時間。在此背景下,該工作在實施的初始階段,應加強提升動應力,加大振動時間的把控力度,這樣才能確保殘余應力始終維持在一定的范圍。若想從根源強化激振效果,對激振力、激振頻率以及時間等方面的控制也不容忽視,確保三者的平衡性。與此同時,結合實際情況,增加構建支撐方法,科學合理地借助拾振器或激振器,促進處理效果得以進一步提升。

        3 焊接構件振動時效技術特點

        現階段,重型焊接構件(圖3)作為應用更普遍的石油機械之一,與中小型構件相對而言,重型焊接構件顧名思義,其重量大、占地面積大,且結構要更煩瑣。重型焊接構件在生產階段,不可避免地會形成殘余內力,再加上這些內力形式多樣化,且分布情況雜亂無章,會在很大程度上對設備后期使用效果帶來負面影響。為了規(guī)避影響,應結合實際情況,采用切實可行的方式對設備進行處理,以此進一步強化設備處理成效。

        圖3 重型焊接構件

        在借助大功率的激振電機實施振動處理階段,由于激振電機運行階段的功率和被振工件處于正比關系,如果頻率和阻尼等條件未產生變化的情況下,構件重量和激振功率也處于正比關系,在此背景下,若想從根源上減少構件內殘留應力,應盡可能選擇大功率激振電機,如此一來,這也與構件對動應力的要求相符。

        在開展激振作業(yè)階段,應利用多頻、多點激振相融合的方式開展。追溯其根源,主要是因為重型焊接構件內部結構煩瑣,再加上焊接量大等因素的影響,使得焊接殘留應力分布雜亂無章。這種情況下,利用多頻激振與多點激振相融合的方式開展具體工作,能在構件上實現扭轉、剪切以及復合振動等功能,從而促進構件殘留應力均勻性水平得以大幅度提升。

        如果在大構件,且構件由多部分組成、焊接的情況下,可遵循先實施分段振動、后實施整體振動原則的處理法,以此來促進振動效果得以進一步提升。另外,這種原則的處理方式能在強化構件應力水平的同時,也能最大程度降低或避免設備在組裝階段出現變形,為構件振動均勻性提供可靠的保障。

        4 石油機械制造中振動時效技術的應用

        現階段,若想確保石油機械質量與行業(yè)標準及規(guī)定相符,可在石油機械產品設計同步工程中科學合理地利用振動時效技術。值得注意的是,設計人員應參與整個過程中,這樣才能從根源上提升設計工作的有效性。眾所周知,石油機械在使用階段,不可避免地會存在各種荷載現象,這種情況下,要設計人員應基于有限元理論,深入分析受力程度。

        若想確保振動時效技術的快速設計在振動時效技術中得以最大化應用成效,應從以下幾點入手:(1)相關設計人員應充分掌握構件設計目標;(2)利用自身以往設計經驗,精準建立該構件的應用;(3)在對該構件進行設計階段,基于各區(qū)域使用功能,科學合理地調整實際模型,如此一來,不僅能進一步強化該構件設計的智能性與先進性,還能促使該項技術得以進一步發(fā)展。

        5 石油機械制造中振動時效應用實例

        從振動時效處理重點技術的本質來看,其是基于工藝參數明確的激振力、激振時間以及頻率的。在選擇工件處理支撐點區(qū)域階段,應參考工件下的實際幾何形狀。下文將對我國某地區(qū)油田鉆機傳動裝置振動時效處理情況進行分析。

        5.1 點位選擇

        眾所周知,振動時效激振力來源于激振器,當工件處于共振情況下,振動波形普遍會呈正弦波形態(tài),通過分析正弦波,能明確各區(qū)域實際振動情況。針對波峰、波谷區(qū)域位置的判斷來講,可借助振動時效激振器去實現。值得注意的是,由于此模式能利用小激振力獲得大振幅,因此,可在波峰區(qū)域周邊安裝激振器,受到波峰區(qū)域大振動的影響,如果將激振器完全安裝在波峰區(qū)域,隨著波峰振動幅度的不斷變化,激振器底座會逐漸出現一系列問題,如變形、彎曲等。另外,也不可將其安裝至波谷區(qū)域,因為波谷產生振動的可能性較小。除此之外,針對激振器的安裝來講,若想確保激振器良好的進行振動,應對局部剛度問題加大重視力度,并且盡可能選擇剛度大,且較高位置。

        5.2 激振力調整

        針對激振力的調整來講,可通過激振力大小變化,控制激振器偏心距離實現。利用轉變激振器偏心檔,對激振力進行科學調整,在對其進行審核,經實踐表明,激振器偏心檔為二檔的應用成效更為突出。與此同時,通過對振動曲線的分析,明確振動時效,也能充分掌握處理前與處理后振動時效所發(fā)生的變化。

        6 結語

        綜上所述,振動時效技術在石油機械制造中應用非常普遍,并且在實際應用階段,也會獲得一定的經濟效益,因此,對石油機械制造中振動時效技術進行深入研究具有一定的現實意義。

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