对冲式消能器在石油与天然气工程中的应用及优缺点分析.pdf
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1、收稿日期 作者简介 王丽斌()男山西朔州人西安石油大学石油工程学院硕士研究生主要从事油气储运工程研究:./.对冲式消能器在石油与天然气工程中的应用及优缺点分析王丽斌苏 伟(西安石油大学 石油工程学院陕西 西安)摘 要对冲式消能器是一种广泛应用于石油与天然气工程的振动控制技术它可以有效地降低井下设备的振动幅值提高钻井效率和安全性 通过对冲式消能器的基本原理和结构特点包括将能量转化成流体动能和弹性势能的消能原理阐述 探讨对冲式消能器在井下钻井、生产、运输等环节的应用在应用过程中对冲式消能器可以降低钻柱、钻头和钻具的振动幅值从而提高钻井效率和井下安全性在生产过程中对冲式消能器可以有效降低生产设备的振
2、动延长设备的使用寿命在运输过程中对冲式消能器可以降低油气管道的振动幅值减少管道的疲劳损伤有助于进一步拓展对冲式消能器的应用范围提高工程实践效益关键词对冲消能阻尼能力振动频率中图分类号 文献标识码 文章编号()随着石油和天然气需求的增加深水钻井和高温高压开发等技术不断发展石油和天然气工程中的安全问题越来越受到关注 在中国对冲式消能器在石油和天然气工程领域的研究相对较少大多数研究都是在井下钻井领域进行 目前对冲式消能器在井下钻井中已经得到了广泛应用但是对冲式消能器的设计、制造和应用还需要进一步改进和完善以满足不同工况要求 国外研究相对较多主要集中在对冲式消能器的理论分析、实验研究和应用方面 已经有
3、许多研究论文报道了对冲式消能器在减振、减噪、提高工作效率等方面的应用成果但是对冲式消能器的使用寿命和稳定性等问题仍然需要解决 笔者将采用文献综述和理论分析的方法对对冲式消能器的原理、结构和应用进行系统的总结和分析结合实际情况和案例分析对对冲式消能器的优化设计、钻井液循环系统的优化进行研究并展望对冲式消能器在石油和天然气工程领域的未来发展方向 对冲式消能器分类及特点对冲式消能器是一种能够减少机械振动和冲击的装置能够吸收机械能并将其转化为其他形式的能量以达到减振的目的 对冲式消能器一般由支座、弹簧、阻尼器等组成 根据其工作原理和结构特点对冲式消能器可以分为机械式、液压式、气弹簧式和电液式 类 机械
4、式对冲式消能器机械式对冲式消能器(图)是最简单的一种对冲式消能器它采用机械摩擦原理利用摩擦阻力将机械振动或冲击所带来的能量转化成摩擦热而消耗掉从而达到减振的目的 机械式对冲式消能器的特点是结构简单、成本低廉、使用寿命长等图 机械式对冲式消能器 液压式对冲式消能器液压式对冲式消能器(图)是采用油液传动的原理通过控制流体阻力来吸收机械振动和冲击带来的能量 液压式对冲式消能器的特点是响应速度快、减震效果好、可靠性高等 气弹簧式对冲式消能器气弹簧式对冲式消能器(图)是利用气体弹性 年 月山东石油化工学院学报.第 卷 第 期 .变形和阻力消耗机械振动和冲击所带来的能量 气弹簧式对冲式消能器的特点是响应速
5、度快、减振效果好、结构简单等图 液压式对冲式消能器图 气弹簧式对冲式消能器 电液式对冲式消能器电液式对冲式消能器(图)是采用电液传动的原理通过控制电液阻尼器的流量来吸收机械振动和冲击带来的能量 电液式对冲式消能器的特点是响应速度快、减振效果好、可靠性高等图 电液式对冲式消能器 对冲式消能器的优缺点分析对冲式消能器作为一种常见的消能装置具有以下优点和缺点:优点()消能效率高 对冲式消能器能够将碰撞能量转化为热能、噪音和微小的结构变形因此消能效率较高()稳定性好 对冲式消能器的结构设计较为合理能够在不同的碰撞条件下保持稳定具有较高的工作可靠性和稳定性()适用范围广 对冲式消能器可以适用于多种不同的
6、应用场合例如汽车、航空、机械制造等领域 缺点()制造成本高 对冲式消能器的制造需要较高的技术和成本因此其价格较高()重量较大 对冲式消能器的结构相对复杂往往需要较大的体积和重量这对于某些应用场合可能会产生限制()维护成本高 对冲式消能器需要进行定期检修和维护因此维护成本较高综上所述对冲式消能器具有较高的消能效率和稳定性能够适用于多种不同的应用场合但同时也存在较高的制造和维护成本以及较大的重量等缺点 对冲式消能器的优化设计 非线性特性分析对冲式消能器的非线性特性是指当其受到高速冲击时其消能行为表现为非线性响应即非线性的阻尼与刚度特性 在消能器的非线性响应中其阻尼与刚度都随速度的变化而发生变化 通
7、常情况下当冲击速度增加时对冲式消能器的阻尼和刚度特性会变得更加非线性 这是因为在高速冲击的情况下消能器的材料会发生更明显的弹塑性变形从而导致阻尼和刚度的变化 对冲式消能器的非线性特性对其消能效率的影响复杂取决于多种因素一方面由于非线性阻尼特性当冲击速度较高时消能器会消耗更多的能量从而提高消能效率 另一方面由于非线性刚度特性消能器在高速冲击时可能会发生失效或破坏从而降低消能效率 因此对冲式消能器的非线性特性需要根据具体应用情况进行综合考虑 在设计消能器时需要根据实际应第 卷 山东石油化工学院学报 年 第 期用场景的速度范围和冲击力大小来选择材料、结构和参数以保证消能器在正常工作范围内具有良好的消
8、能效率和稳定性 同时也需要进行全面的实验和模拟分析以确定对冲式消能器在不同速度下的消能性能以及非线性特性对其消能效率的影响 对冲式消能器的参数优化设计对冲式消能器可以采用数值模拟方法进行分析和优化设计 用计算流体力学()的知识配合 对对冲式消能器的内部流动进行模拟通过对不同参数进行优化设计提高对冲式消能器的性能表现 对冲式消能器的阀门参数优化设计 阀门是对冲式消能器中重要的组成部分它的开启和关闭状态决定了消能器内部流动的大小和速度 因此阀门的设计参数需要考虑到消能器的工作状态和工况要求包括压力、温度、流量等 采用 可以对不同阀门参数的消能器进行模拟通过比较不同设计方案的消能效果和性能表现选取最
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