Определение собственных частот виброгасителей для нефтепромыслового оборудования | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №6 (65) май-1 2014 г.

Дата публикации: 04.05.2014

Статья просмотрена: 189 раз

Библиографическое описание:

Ершов Д. Ю. Определение собственных частот виброгасителей для нефтепромыслового оборудования // Молодой ученый. — 2014. — №6. — С. 154-156. — URL https://moluch.ru/archive/65/10737/ (дата обращения: 20.08.2018).

По мере выработки ресурса основного перекачивающего нефтепромыслового оборудования уровень его вибрации постепенно возрастает. Это может происходить из-за старения отдельных его узлов и деталей, а также вследствие внешних факторов, таких как гидродинамическая нестационарность перекачиваемого потока, пуск и остановка агрегата, сейсмической активности местности и т. д.

Вибрация и удары играют важную роль в современной технике, в частности при работе нефтепромыслового оборудования. Для защиты нефтепромыслового оборудования от вредной вибрации и ударов применяются пассивные системы, как наиболее простые и экономически оправданные. Но существующие пассивные виброгасители, предназначенные для защиты от вибрации, не обеспечивают защиты оборудования от ударов с большой энергией. В то же время при защите от ударов должно обеспечиваться плавное снижение величины ударного импульса до безопасных пределов, а также возврат объекта защиты в исходное положение при требуемом уровне демпфирования [1, 2].

Одной из основных характеристик виброгасителя с линейными упругими элементами является частота его свободных колебаний. Чем она меньше, тем шире диапазон частот возмущающей силы, при котором работа виброгасителя будет эффективна.

В настоящее время для вибрационной защиты нефтепромыслового оборудования, кроме пассивных виброгасителей используются специальные виброгасители, спроектированные с учетом законов динамики.

Рассмотрим двухмассовую систему с двумя степенями свободы (рис. 1).

Рис. 1. Двухмассовая система с двумя степенями свободы

Массы m1 и m2 совершают колебательное движение вдоль оси х под действием сил F1sinwt и F2sinwt и имеют упругие связи с1 и с2. Нагрузками сопротивления и трением в опорах пренебрегаем.

Уравнения движения для масс m1 и m2:

                                                                            (1)

или

                                                                                         (2)

Приняв частные решения в виде:

                                                                                                                 (3)

получим:

                                                                                          (4)

Решая эту систему относительно амплитуд A1 и A2, получаем:

                                                                          (5)

При резонансе, когда частота возбуждения w совпадает с любой из двух собственных частот w01 или w02, значение любой из двух амплитуд A1 или A2 стремится к бесконечности, что возможно при значении общего знаменателя выражения (5) равном нулю.

                                                                               (6)

если заменить w на w0, можно вывести уравнение для частоты собственных колебаний:

.                                                                              (7)

Уравнение два вещественных положительных решения.

Система (5) при w = 0 дает значения статического отклонения масс m1иm2при воздействии сил F1 и F2:

                                                                                                          (8)

Система (5) при w ¹ 0 и F2 = 0 имеет вид:

                                                                          (9)

Для исключения амплитуды колебаний первой массы необходимо, чтобы выполнялось условие:

                                                                                                                (10)

При этом получается:

                                                                                                                       (11)

Таким образом, возможно, чтобы при приложении силы к первой массе (F2 = 0) она оставалась неподвижной (А1 = 0). Этот эффект называется эффектом антирезонанса, который положен в основу устройства динамических виброгасителей.

Рассмотрим принцип конструирования динамического виброгасителя. Пусть имеется какое-либо устройство, которое может быть представлено в виде сосредоточенной массы m1, которое испытывает воздействие внешней периодической возмущающей силы Fsinwt (рис. 2, а). Для гашения колебаний массы m1 необходимо присоединить к ней дополнительную массу m2 на упругой связи с2, подчинив параметры дополнительной системы условию (10). Тогда колебания основной массы m1, исчезнут, а дополнительная масса m2 будет колебаться с амплитудой , играя роль виброгасителя для основной массы (рис. 2, б). Для исключения возможности возникновения значительных амплитуд колебаний дополнительной массы, в систему виброгасителя вводится демпфирующий элемент параллельно упругой связи (рис. 2, в).

Рис. 2. Принцип конструирования динамического виброгасителя

В энергетической и нефтехимической промышленности широко распространены несколько типов устройств защиты нефтепромыслового оборудования от вибрации: механические и гидравлические амортизаторы, аксиальные высоковязкие демпферы, упруго-пластичные амортизаторы, демпферы трения, ограничители перемещений, магнитно-жидкостные амортизаторы, динамические виброгасители, высоковязкие демпферы.

Общие требования для демпфирующих элементов нефтепромыслового оборудования заключаются в следующем:

-       способность демпфирования любых видов динамического воздействия (вибрация, удары, сейсмическая активность и т. д.);

-       продолжительный срок службы без ремонта и обслуживания;

-       устойчивость к тепловому и радиационному воздействию, агрессивным средам;

-       взрыво- и пожаробезопасность;

-       незначительная сила реакции, действующая на оборудование при тепловых расширениях;

-       отсутствие запаздывания срабатывания при динамической нагрузке;

-       возможность регулирования характеристик;

-       низкая стоимость изготовления и эксплуатации.

В настоящее время амортизаторы, аксиальные высоковязкие демпферы, ограничители перемещений и высоковязкие демпфирующие элементы наиболее широко применяются по сравнению с другими устройствами.

Задача определения собственных частот виброгасителей колебаний является обязательным и важнейшим этапом динамического анализа оборудования. На основе полученных собственных частот виброгасителя с учетом характеристик возмущающих сил выявляются резонансные режимы работы агрегатов нефтепромыслового оборудования, устанавливается необходимость учета нелинейных свойств виброгасителя.

Литература:

1.      Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В. Н. Челомей (пред). — М.: Машиностроение, 1981. — Т.6. Защита от вибрации и ударов. 1981. — 456 с.

2.      Вейц В. Л., Коловский М. З., Кочура А. Е. Динамика управляемых машинных агрегатов. — М.: Наука, 1984. — 351 с.

Основные термины (генерируются автоматически): нефтепромысловое оборудование, дополнительная масса, вибрация, упругая связь, удар, система, принцип конструирования, основная масса, ограничитель перемещений, частота.


Похожие статьи

Основные направления и методы защиты от вибрации...

Ослабление вибрации в источнике ее возникновения достигается совершенствованием конструкции оборудования, кинематических

Виброизоляция осуществляется посредством введения в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей...

Анализ условий устойчивости стационарного движения редуктора

При указанных предположениях [3] исследование системы можно проводить в рамках динамики неголономных систем с идеальными связями, так как сумма элементарных работ сил реакций на виртуальных перемещениях системы равна нулю. Так как массой деформируемой части...

Вибрационная защита | Статья в сборнике международной...

методы уравновешивания поступательно движущихся масс

Методы, снижающие передачу вибрации использованием дополнительных устройств, встраиваемых в конструкцию машин и строительные конструкции, подразделяют по принципу действия

Определение параметров привода с упругими связями

- масса всей системы, — расстояние от центра тяжести системы до точки A

Экспериментальное определение нагруженности механизма перемещения материала с упругими связями швейной машины.

О демпфировании вибраций элементов конструкций в области...

Конструкция состоит из четырёх упругих стрежней с несколькими жесткими массами.

Система состоит из абсолютно жестких масс mi и (i = 1,2...24) деформируемых сред.

Установлено, что при сближении пар частот II-III, IV-V значений величины E2 = 2.17 1010 H/м2...

Виброизолятор энергетической установки с одноосным...

Основными источниками вибраций на судах являются судовые энергетические установки (главный

У него также отсутствуют промежуточные подвижные массы, следовательно, дополнительные силы инерции.

при амплитуде перемещений вибростола 0,5 мм

Резонансные колебания при движении автотранспортного...

Принимая принципы расчета линейных упругих систем, рассмотрим динамическую модель дорожной

, где m1 и m2 — массы верхнего и нижнего слоя; С1 и С2 — коэффициент жесткости дорожного покрытия и основания; у1 и у2 — перемещение первой и второй масс.

Расчетное исследование вибрационных характеристик...

Рассмотрим теперь влияние параметров упруго-массовых опор на критические частоты системы «ротор – подшипники – опоры». Опоры представим как элементы с сосредоточенной массой Моп и жесткостью Коп.

Алгоритм вибрационной диагностики слоев основания дорожных...

Уравнения частот системы с двумя степенями свободы имеет вид: (1). где - частота колебаний; С1 и С2 – жесткости покрытия и основания; m1 и m2 - массы

конструкции определяются значениями ускорений, скоростей и перемещений, а также спектром вибрации.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Основные направления и методы защиты от вибрации...

Ослабление вибрации в источнике ее возникновения достигается совершенствованием конструкции оборудования, кинематических

Виброизоляция осуществляется посредством введения в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей...

Анализ условий устойчивости стационарного движения редуктора

При указанных предположениях [3] исследование системы можно проводить в рамках динамики неголономных систем с идеальными связями, так как сумма элементарных работ сил реакций на виртуальных перемещениях системы равна нулю. Так как массой деформируемой части...

Вибрационная защита | Статья в сборнике международной...

методы уравновешивания поступательно движущихся масс

Методы, снижающие передачу вибрации использованием дополнительных устройств, встраиваемых в конструкцию машин и строительные конструкции, подразделяют по принципу действия

Определение параметров привода с упругими связями

- масса всей системы, — расстояние от центра тяжести системы до точки A

Экспериментальное определение нагруженности механизма перемещения материала с упругими связями швейной машины.

О демпфировании вибраций элементов конструкций в области...

Конструкция состоит из четырёх упругих стрежней с несколькими жесткими массами.

Система состоит из абсолютно жестких масс mi и (i = 1,2...24) деформируемых сред.

Установлено, что при сближении пар частот II-III, IV-V значений величины E2 = 2.17 1010 H/м2...

Виброизолятор энергетической установки с одноосным...

Основными источниками вибраций на судах являются судовые энергетические установки (главный

У него также отсутствуют промежуточные подвижные массы, следовательно, дополнительные силы инерции.

при амплитуде перемещений вибростола 0,5 мм

Резонансные колебания при движении автотранспортного...

Принимая принципы расчета линейных упругих систем, рассмотрим динамическую модель дорожной

, где m1 и m2 — массы верхнего и нижнего слоя; С1 и С2 — коэффициент жесткости дорожного покрытия и основания; у1 и у2 — перемещение первой и второй масс.

Расчетное исследование вибрационных характеристик...

Рассмотрим теперь влияние параметров упруго-массовых опор на критические частоты системы «ротор – подшипники – опоры». Опоры представим как элементы с сосредоточенной массой Моп и жесткостью Коп.

Алгоритм вибрационной диагностики слоев основания дорожных...

Уравнения частот системы с двумя степенями свободы имеет вид: (1). где - частота колебаний; С1 и С2 – жесткости покрытия и основания; m1 и m2 - массы

конструкции определяются значениями ускорений, скоростей и перемещений, а также спектром вибрации.

Задать вопрос