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(qiáng)度直接影響了整體設(shè)備的安全性。在SolidWorks Simulation仿真分析的基礎(chǔ)上，用設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方案，轉(zhuǎn)盤支座的重量減少了20.98%，最大應(yīng)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(shè)計(jì)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(jìn)行起下管柱，實(shí)施增產(chǎn)措施的一種先進(jìn)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(hù)原始地層，改善作業(yè)環(huán)境，同時(shí)給油田中后期的穩(wěn)產(chǎn)帶來較大的保障，其獨(dú)特的優(yōu)勢已經(jīng)得到業(yè)界的普遍認(rèn)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(qiáng)度尤其重要，直接影響了整體設(shè)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(shè)計(jì)洞察圖解可以在載荷和約束之間標(biāo)繪一連續(xù)路徑，圖解半透明部分沒有實(shí)體部分那樣有效承受所應(yīng)用的載荷，這些半透明區(qū)域?yàn)樽非蠼档椭亓吭O(shè)計(jì)而可完全移除，而實(shí)體區(qū)域?yàn)榱嗽黾訌?qiáng)度則可以適當(dāng)加強(qiáng)。

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(gè)錐孔與四個(gè)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(jìn)行仿真分析

此處假設(shè)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(yùn)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(yīng)力為200.2Mpa，安全系數(shù)為610/200.2=3.05>3，符合標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

3.2 根據(jù)設(shè)計(jì)洞察圖解進(jìn)行改進(jìn)

定義設(shè)計(jì)洞察圖解，壓縮體積設(shè)定為20%，可以看出載荷主要作用在底板錐孔處和筋板上，應(yīng)對這些區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)；而頂板和底板部分區(qū)域?yàn)榘胪该鳎@些區(qū)域相對于藍(lán)色區(qū)域承受的載荷較小，將其移除后，對整體強(qiáng)度的影響不會很大。

將八個(gè)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(shí)不做優(yōu)化。

3.3 對改進(jìn)方案進(jìn)行仿真分析

對改進(jìn)方案進(jìn)行仿真分析，得出以下結(jié)果：

轉(zhuǎn)盤支座改進(jìn)方案重量為625.724kg，可以看出最大應(yīng)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(yīng)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(shè)計(jì)洞察圖解對模型有效受力情況進(jìn)行了分析，改進(jìn)了轉(zhuǎn)盤支座的結(jié)構(gòu)，在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的最小設(shè)計(jì)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(yīng)力減少了6.8%。同理，這種方法也可以應(yīng)用在帶壓作業(yè)裝置其他部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)上。由此可見，基于SolidWorks Simulation設(shè)計(jì)洞察圖解的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yīng)用具有重要意義。

需要注意的是，轉(zhuǎn)盤支座在實(shí)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對每種工況進(jìn)行分析，只能對四種工況設(shè)計(jì)洞察圖解共有的半透明區(qū)域進(jìn)行減重，本文受于篇幅所限不做過多贅述。

參考文獻(xiàn)：

[1]樊獎平，張高峰，王學(xué)佳等.帶壓作業(yè)裝置現(xiàn)狀與發(fā)展[J].石油礦場機(jī)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(yīng)用分析[J].石油機(jī)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(jī)[S].