螺杆泵地面驱动系统的动态设计

发布时间：2020-10-09 00:31

　　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。
【学位单位】：大庆石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2006
【中图分类】：TH327
【部分图文】：

框图,数据采集系统,框图

多点拾取的激振方式。这种激振方式的最大缺点是采集到的数据信噪比小。为了消减小噪声的影响，除了采用多次平均技术外，主要是进行加窗处理，可以在数据处以修正。.3 数据采集技术数据采集是进行传递函数分析必须要做的工作。采集试验数据时，按照一点激振、振的测试方法来进行，激振位置保持不变。所用采集系统是北京东方振动和噪声技所开发的 303/306 智能数据采集系统，所用拾振器是国家地震局工程力学研究所开的 891-II 型拾振器，所用力锤及力传感器是东方研究所为其数据采集系统配置的 SL-12.5 力传感器。数据采集方法为变时基采样，以降低激振力的大小不均对传递析的影响，提高计算精度。变时基采样这一技术要求用高频采激励（输入）信号，响应(输出) 信号，故取激励力信号的采样频率为 2000Hz，响应信号的采样频率Hz，低通滤波器的上限频率为 500Hz。从后面的理论分析中可知，增大激励信号可响应信号的信噪比，增大测量次数、加大采样长度、采用合适的窗函数均可提高传的测量精度，并使相干函数趋于稳定，以便能较真实地反映出激励和响应再频域中性、传递函数地可靠性以及结构地线性程度。图 2.1 为数据采集系统框图[20]。

响应信号,噪声,多次平均,激励信号

经过多次平均后，互不相关的信号的互谱为零，上式可变为(ω )H =( )MMffSSH1 +/ω上式表明，平均不能消除激励信号中的噪声，只有提高激励信号本身，才能降于相干函数来说=2fxγ( ) ( )(ω ) (ω ) (ω ) (ω )ωωZZYYZYnini = = ∑∑121将上式中的分子、分母分别展开，并考虑多次平均后互不相关的信号之间的互，可得γ 2(ω )=fxYYfffTfNSSSS..可见，只要噪声存在，不管平均多少次，2γ 总是小于 1。但是.当平均次数达图 2.3 激励和响应信号中均存在噪声Fig 2.3 Power And Responsing Signal With Yawp

时域波形,传递函数分析,时域波形,传递函数

对力脉冲信号加了力窗，而对响应信号则加了指数窗，如图2.4 所示。图 2.5 与图 2.4 中测点相对应的传递函数分析结果:图 2.5 中的上面部分为相干函数，中间部分为传递函数的幅频特性曲线，下面部分为传递函数的相频特性曲线。从图 2.4 传递函数分析的激励和响应的时域波形Fig 2.4 Power and Response Timing Wave of Passing Function图 2.5 传递函数及相干函数显示Fig 2.5 Show of Passing Function and Concerning Functio

【参考文献】