Автор: Ершов Дмитрий Юрьевич

Рубрика: Технические науки

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

Дата публикации: 04.05.2014

Статья просмотрена: 150 раз

Библиографическое описание:

Ершов Д. Ю. Определение собственных частот виброгасителей для нефтепромыслового оборудования // Молодой ученый. — 2014. — №6. — С. 154-156.

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

Лабиринт

                                                                                         (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:

Лабиринт

.                                                                              (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)

Лабиринт

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;

Лабиринт

-       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): нефтепромыслового оборудования, защиты нефтепромыслового оборудования, собственных частот, конструирования динамического виброгасителя, с двумя степенями свободы, нефтепромыслового оборудования уровень, аксиальные высоковязкие демпферы, работе нефтепромыслового оборудования, вибрационной защиты нефтепромыслового, вибрации и ударов, частот виброгасителей колебаний, агрегатов нефтепромыслового оборудования, собственных частот виброгасителя, элементов нефтепромыслового оборудования, устройств защиты нефтепромыслового, гашения колебаний массы, ограничители перемещений, колебаний дополнительной массы, частоты собственных колебаний, собственных частот w01.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос