关键词：钻井液;;平动椭圆振动筛;;模态分析;;静力学分析;;谐响应分析;;结构改进
摘 要：作为石油工业设备,钻井液振动筛由矿山设备演变而来。其主要用途是滤除钻井作业产生的泥浆中的岩屑等有害固相颗粒。这首先需要筛分机械有较大处理量,能尽量多地回收价格高昂的钻井液以便再利用,此外还应该能够尽量多地清除泥浆里的细小钻屑。钻井液振动筛工作条件恶劣,且受到强大的高频交变载荷,所以筛箱结构容易出现疲劳破损,这会给生产带来很大影响。平动椭圆振动筛因其特殊的振型,具有筛分效率高的优点,尤其适合用于过滤包含大量细小固相颗粒的钻井泥浆,故其备受石油钻井行业青睐。但目前市面上的成熟钻井液振动筛产品以直线振动筛为主,且现有钻井液平动椭圆振动筛的筛分面积普遍较小。论文运用机械动力学基本原理,设计一种钻井液平动椭圆振动筛。(1)分析了平动椭圆振动筛的工作原理和实现平动椭圆振型的原因,这是由于平动椭圆振动筛的力心和质心重合所致。介绍了力心唯一性定理,这是平动实现的关键。利用CAD三维建模软件Solidworks对筛机箱体部分进行建模。(2)利用有限元分析软件Workbench对该钻井液平动椭圆振型振动筛的筛箱进行了动态特性分析。首先进行了模态分析,提取前8阶模态频率及振型,结果表明该振动筛固有频率距工作频率较远;且第1到6阶为刚体振动,频率远低于工作频率;后2阶为弹性体模态,频率远高于工作频率;所以在正常工作时该振动筛筛箱不会发生共振。(3)对振动筛进行了动态响应分析。利用静力学分析模块分别分析了振动筛仅受重力作用和受最大弹簧弹性力作用时的应力情况,结果显示两种受力情况下振动筛整体应力很小,但是弹簧支撑板和侧板上部侧帮的应力较大,两种情况下的最大应力都远小于许用应力。再利用软件中谐响应分析模块对筛箱进行了稳态工作时的动态特性研究,得到了筛箱在稳态运转时受惯性力和激振力作用的应力、位移情况和振动轨迹特性;分析结果表明,该振动筛在稳态工作时大部分应力小于许用应力,且以平面运动方式进行振动,椭圆轨迹成型良好,但该振动筛在电机安装板、后挡板与侧板连接处的应力值略超许用应力。(4)对上述问题进行了结构改进加强并重新分析,分析结果显示,在质量基本不变的情况下,筛箱的应力较大现象得到明显改善。
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