基于SolidWorks设计洞察图解进行转盘支座的优化

2017-03-22 by:CAE仿真在线来源:互联网

带压作业是在保持井筒内一定压力,不压井、不放压的情况下进行起下管柱,实施增产措施的一种先进的井下作业技术,能够减轻对产层的污染,最大限度地保护原始地层,改善作业环境,同时给油田中后期的稳产带来较大的保障,其独特的优势已经得到业界的普遍认可。转盘支座是带压作业装置中连接举升油缸和液压转盘的部件,承受来自转盘、游动卡瓦和管柱的重力或上顶力,是带压作业装置的关键承力件,所以它的强度尤其重要,直接影响了整体设备的安全性。

1 优化原理及方法

在SolidWorks Simulation 仿真分析的基础上,设计洞察图解可以在载荷和约束之间标绘一连续路径,图解半透明部分没有实体部分那样有效承受所应用的载荷,这些半透明区域为追求降低重量设计而可完全移除,而实体区域为了增加强度则可以适当加强。

2 转盘支座安装示意图

转盘支座与举升油缸和液压转盘连接示意图如下:

基于SolidWorks设计洞察图解进行转盘支座的优化solidworks simulation分析图片1

转盘支座底板四个锥孔与四个举升油缸的活塞杆连接,转盘放在顶板上,用螺栓连接。转盘上部装有游动卡瓦,而卡瓦夹紧管柱,承受管柱重量,最终作用在转盘支座上。

3 仿真分析及优化

3.1 对初始方案进行仿真分析

此处假设管柱及转盘卡瓦等总重100T,将转盘支座初始方案输入SolidWorks Simulation,建立有限元模型,施加载荷100T,运行仿真分析,得出以下结果:

基于SolidWorks设计洞察图解进行转盘支座的优化solidworks simulation分析图片2

转盘支座初始方案的重量为791.845kg,可以看出最大应力为200.2Mpa,安全系数为610/200.2=3.05>3,符合标准要求。

3.2 根据设计洞察图解进行改进

基于SolidWorks设计洞察图解进行转盘支座的优化solidworks simulation分析案例图片3

定义设计洞察图解,压缩体积设定为20%,可以看出载荷主要作用在底板锥孔处和筋板上,应对这些区域进行加强;而顶板和底板部分区域为半透明,这些区域相对于蓝色区域承受的载荷较小,将其移除后,对整体强度的影响不会很大。

将八个长筋板厚度增加5mm,底板半透明区域根据情况移除一部分,因顶板和底板锥孔处涉及转盘和油缸的安装,不便更改,暂时不做优化。

3.3 对改进方案进行仿真分析

对改进方案进行仿真分析,得出以下结果:

基于SolidWorks设计洞察图解进行转盘支座的优化solidworks simulation分析案例图片4

转盘支座改进方案重量为625.724kg,可以看出最大应力为186.6MPa,安全系数为610/186.6=3.27>3。相对于初始方案,重量减少了20.98%,最大应力减少了6.8%。

4 结语

本文在SolidWorks Simulation 仿真分析的基础上,用设计洞察图解对模型有效受力情况进行了分析,改进了转盘支座的结构,在满足标准要求的最小设计安全系数的基础上,转盘支座的重量减少了20.98%,最大应力减少了6.8%。同理,这种方法也可以应用在带压作业装置其他部件的优化设计上。由此可见,基于SolidWorksSimulation 设计洞察图解的优化设计可以有效地降低生产成本,提高产品的安全性,对带压作业这一新技术的推广应用具有重要意义。

需要注意的是,转盘支座在实际工作中有受下压力、受上顶力、受下压力及扭矩、受上顶力及扭矩四种工况,优化设计时应对每种工况进行分析,只能对四种工况设计洞察图解共有的半透明区域进行减重,本文受于篇幅所限不做过多赘述。

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