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螺杆泵地面驱动系统的动态设计

鲁明延  
【摘要】: 近年来,在油田现场螺杆泵以其独特的性能得到越来越广泛的应用,为了提高原油产量,当选用大排量螺杆泵或增加螺杆泵的转速时,地面驱动系统将产生强烈的振动,导致系统无法正常工作或系统内的某些零部件过早失效。为此,本文对螺杆泵卧式地面驱动系统进行动态设计方面的试验研究和理论分析。 本文首先根据试验模态分析的有关基本理论和方法并结合计算机技术对螺杆泵地面驱动系统及其主要部件—减速器壳体、电机底板和支架分别进行试验模态分析,确定系统和这些部件的各阶固有频率和振型。 本文根据有限元建模理论,并利用ANSYS有限元分析软件,分别对螺杆泵地面驱动系统的上述主要部件进行实体建模、有限元建模以及模态分析,确定这些部件的各阶固有频率和振型。把这些分析结果与试验模态分析的结果进行比较,从而验证了所建有限元模型的正确性。 依据螺杆泵地面驱动系统的工作原理和各零部件的工作位置,系统内的运动部件的工作频率对减速器壳体、电机底板和支架的影响程度不同。通过分析这些运动部件的工作频率和减速器壳体、电机底板、支架的固有频率数值的关系可以看出,只有电机底板的第5阶固有频率与电机的工作频率接近,工作时有可能发生共振现象。因此,必须改进电机底板的结构使其固有频率避开运动部件的工作频率。 根据动态设计的子结构分析方法,将上述系统主要部件的有限元模型组合并分析处理结合面参数构成系统的有限元模型。利用ANSYS有限元分析软件,对系统进行有限元模态分析,确定系统的各阶固有频率和振型。把这些分析结果与试验模态分析的结果进行比较,从而验证了所建系统有限元模型的正确性。 通过分析这些运动部件的工作频率和系统的固有频率数值的关系可以看出,系统的第3阶、第5阶固有频率与电机、输入轴的工作频率接近,系统工作时有可能发生共振现象。另外,通过振型显示,振动位移较大处仍发生在电机底板上。因此,对原系统结构(主要对电机底板)做相应的改进使其固有频率避开运动部件的工作频率。 本文对改进后的系统进行重分析表明,系统的动态特性得到明显的改善。在油田现场的试验也证明了这一点。


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