振動時效技術在油田機械制造中的應用

翟學偉 姜有云 梅軍華 胡興峰

摘要：隨著現代油田機械制造技術的不斷改善，振動時效技術在油田制造工藝層面上有了重點改善。其中在激振力大小、激振頻率和激振時間上有了重新的劃分，使其激振頻率與固有頻率的誤差在允許條件下，實現最大限度的降低殘余應力，保證油田機械設備的穩定性。筆者在此進行了詳細分析，以便于提供可參考性的依據。

關鍵詞：振動時效； 機械制造； 油田工藝； 激振頻率

引言

原有油田在機械制造加工工藝過程中存有一定的弊端因素，其中在加工工藝流程中工件轉子與表層結構發生摩擦，使其產生大量的熱量。但在現有工藝技術中，改善了原有的制造流程，確保了設備運行的安全性。

1.振動時效應運行原理

振動時效應的運行原理是依據循環負載效應使工件產生對應力，從而降低了工件內部的轉子運行速度，確保其結構的完整性。在油田機械零部件加工過程中，零件對應力的降低，從而提升了工件的熱效應，減少工件與設備表層的磨損程度。通過時效應運行機制能夠減少熱量10%，原有機械生產加工工藝采用的是數控車床，利用的是機電一體化制造原理，主動輪帶動從動輪，提高轉子的運轉速度，鉆頭便在手提桿的作用下，深入澆筑的鋼件中。如圖1所示為石油機電設備制作工藝剖面解析圖，其中主機的作用是提供電能，帶動主機內的終端設備，轉子的運轉速率為3000min/rad，允許通過的額定電流為49A，額定電壓為380V。激振器是振動時效應技術的運載部分，其中在激振頻率和激振力都有一定的選取范圍。振動時效在保證機械部件工作的過程中減少殘余應力，將金屬工件重新恢復至原有軌跡。金屬工件在運載過程中會產生錯位結構，增大了與卡具摩擦范圍，使其出現微小的變形，卡具在圖中起到固定支撐物的作用，當操作設備在運行過程中，由于主機終端設備的偏離，造成其他附屬設備原有軌跡的偏離，但在卡具的作用下，能夠穩定其他工件設施。屏蔽電纜起的作用是防止傳輸的電信號失真，原有通信系統中由于電纜設施沒有保護層，導致傳輸的電信號發生失真的現象。膠墊和拾振器都是減少振動的頻率，較少設備在工作運行中的損耗。

圖1 石油機電設備制作工藝剖面解析圖

2.振動時效應的運行參數

振動時效應的運行參數包括：激振力的大小、激振的頻率、激振的時間。激振力指的是在回轉過程中由于不平衡質量的介質，在外加條件下產生具有周期性的簡諧振動。簡諧振動都具有固有的振動頻率，當簡諧振動外加頻率超過固有頻率時，便會增大設備在制作工藝過程中的損耗。例如：石油機械制造設備的固有頻率為50000Hz，但在生產附屬工件時，由于工件工藝的復雜性，導致在加工過程中石油機械設備的額定頻率超過50000Hz，使其達到了72000Hz，這便會在一定程度上加大對生產制造設備的損耗。激振力的作用便猶如附加在機電設備中的外加電源，提供設備所需要的原動力。經過有關實驗數據表明：在油田機械設備運行過程中，外加的動應力越大，則對殘余應力的減少程度就越大，所以沒有足夠的激振力便不能在有效時間內減少殘余應力。激振頻率是在油田機械制造工藝過程中產生的共振頻率，這種共振頻率是在激振力滿足一定的條件下所產生的，主要是減少殘余效應產生的振動。共振頻率是指外加頻率與固有頻率達到一致性，如表1所示，外加頻率與固有頻率差值所引起的百分比，當外加頻率接近固有頻率時，產生的負荷效應才能滿足設備在運行過程中的動應力。激振時間是指在外加激振力的作用下，殘余應力由高到低轉變的過程，此過程需要進行一段時間過渡，這段時間差便為激振等效時間段。油田制造機械設備在加工過程中，由于殘余應力前期較高，在激振力的作用下便能中和殘余應力，使其降低等效值，保證機械設備處于安全穩定狀態。

3.在油田機械中的應用

通過對振動時效技術改造，在油田機械制造工藝中已取得了明顯的成效。其中在激振力的大小、激振的頻率、激振的時間上都做出了相應的調整，通過對遼河油田傳動底座設備的改良處理，取得了理想效果：遼河油田傳動設備高4米、寬16米、長71米，在激振頻率調整范圍內確定了兩個固定頻點3500和5900，其中在第一個頻點的加速度大小為2.5m/s?，第二個頻點的加速度大小為3m/s?。開啟激振器時將設備運行頻率迅速調整至第一個頻點運轉范圍，主要是防止設備出現高負載運轉的現象。在運行條件理想的情況下，再將運行頻率調整至第二個頻點，這樣才能使激振力產生的頻率與設備的固有頻率最接近，減少殘余應力的負載。油田機械設備在制造工藝過程中，場外的振動力也有了明顯的改善，原有激振器產生的振動力在2000N，改變了激振器在運行過程中的軌跡，造成在工件處理上達不到理想狀態。而現有激振器將偏心檔改為二檔，便能在原有振動力的作用下，使運行軌跡處于原有位置。這種模式的整改，在一定程度上改善了原有油田機械制造的加工工藝，確保了工件設施在運行過程中的安全性。

4.結語

通過對振動時效技術在油田機械制造過程中的應用分析，使得對該技術有了重新的認知。解決了原有油田機械在制造工藝中存有的弊端因素，為油田機械工藝提供的發展前景。

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