振动时效技术在油田机械制造中的应用

翟学伟 姜有云 梅军华 胡兴峰

摘要：随着现代油田机械制造技术的不断改善，振动时效技术在油田制造工艺层面上有了重点改善。其中在激振力大小、激振频率和激振时间上有了重新的划分，使其激振频率与固有频率的误差在允许条件下，实现最大限度的降低残余应力，保证油田机械设备的稳定性。笔者在此进行了详细分析，以便于提供可参考性的依据。

关键词：振动时效； 机械制造； 油田工艺； 激振频率

引言

原有油田在机械制造加工工艺过程中存有一定的弊端因素，其中在加工工艺流程中工件转子与表层结构发生摩擦，使其产生大量的热量。但在现有工艺技术中，改善了原有的制造流程，确保了设备运行的安全性。

1.振动时效应运行原理

振动时效应的运行原理是依据循环负载效应使工件产生对应力，從而降低了工件内部的转子运行速度，确保其结构的完整性。在油田机械零部件加工过程中，零件对应力的降低，从而提升了工件的热效应，减少工件与设备表层的磨损程度。通过时效应运行机制能够减少热量10%，原有机械生产加工工艺采用的是数控车床，利用的是机电一体化制造原理，主动轮带动从动轮，提高转子的运转速度，钻头便在手提杆的作用下，深入浇筑的钢件中。如图1所示为石油机电设备制作工艺剖面解析图，其中主机的作用是提供电能，带动主机内的终端设备，转子的运转速率为3000min/rad，允许通过的额定电流为49A，额定电压为380V。激振器是振动时效应技术的运载部分，其中在激振频率和激振力都有一定的选取范围。振动时效在保证机械部件工作的过程中减少残余应力，将金属工件重新恢复至原有轨迹。金属工件在运载过程中会产生错位结构，增大了与卡具摩擦范围，使其出现微小的变形，卡具在图中起到固定支撑物的作用，当操作设备在运行过程中，由于主机终端设备的偏离，造成其他附属设备原有轨迹的偏离，但在卡具的作用下，能够稳定其他工件设施。屏蔽电缆起的作用是防止传输的电信号失真，原有通信系统中由于电缆设施没有保护层，导致传输的电信号发生失真的现象。胶垫和拾振器都是减少振动的频率，较少设备在工作运行中的损耗。

图1 石油机电设备制作工艺剖面解析图

2.振动时效应的运行参数

振动时效应的运行参数包括：激振力的大小、激振的频率、激振的时间。激振力指的是在回转过程中由于不平衡质量的介质，在外加条件下产生具有周期性的简谐振动。简谐振动都具有固有的振动频率，当简谐振动外加频率超过固有频率时，便会增大设备在制作工艺过程中的损耗。例如：石油机械制造设备的固有频率为50000Hz，但在生产附属工件时，由于工件工艺的复杂性，导致在加工过程中石油机械设备的额定频率超过50000Hz，使其达到了72000Hz，这便会在一定程度上加大对生产制造设备的损耗。激振力的作用便犹如附加在机电设备中的外加电源，提供设备所需要的原动力。经过有关实验数据表明：在油田机械设备运行过程中，外加的动应力越大，则对残余应力的减少程度就越大，所以没有足够的激振力便不能在有效时间内减少残余应力。激振频率是在油田机械制造工艺过程中产生的共振频率，这种共振频率是在激振力满足一定的条件下所产生的，主要是减少残余效应产生的振动。共振频率是指外加频率与固有频率达到一致性，如表1所示，外加频率与固有频率差值所引起的百分比，当外加频率接近固有频率时，产生的负荷效应才能满足设备在运行过程中的动应力。激振时间是指在外加激振力的作用下，残余应力由高到低转变的过程，此过程需要进行一段时间过渡，这段时间差便为激振等效时间段。油田制造机械设备在加工过程中，由于残余应力前期较高，在激振力的作用下便能中和残余应力，使其降低等效值，保证机械设备处于安全稳定状态。

3.在油田机械中的应用

通过对振动时效技术改造，在油田机械制造工艺中已取得了明显的成效。其中在激振力的大小、激振的频率、激振的时间上都做出了相应的调整，通过对辽河油田传动底座设备的改良处理，取得了理想效果：辽河油田传动设备高4米、宽16米、长71米，在激振频率调整范围内确定了两个固定频点3500和5900，其中在第一个频点的加速度大小为2.5m/s?，第二个频点的加速度大小为3m/s?。开启激振器时将设备运行频率迅速调整至第一个频点运转范围，主要是防止设备出现高负载运转的现象。在运行条件理想的情况下，再将运行频率调整至第二个频点，这样才能使激振力产生的频率与设备的固有频率最接近，减少残余应力的负载。油田机械设备在制造工艺过程中，场外的振动力也有了明显的改善，原有激振器产生的振动力在2000N，改变了激振器在运行过程中的轨迹，造成在工件处理上达不到理想状态。而现有激振器将偏心档改为二档，便能在原有振动力的作用下，使运行轨迹处于原有位置。这种模式的整改，在一定程度上改善了原有油田机械制造的加工工艺，确保了工件设施在运行过程中的安全性。

4.结语

通过对振动时效技术在油田机械制造过程中的应用分析，使得对该技术有了重新的认知。解决了原有油田机械在制造工艺中存有的弊端因素，为油田机械工艺提供的发展前景。

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