一种大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法及系统，涉及海洋工程技术领域，该方法包括：计算注聚泵竖直方向激振荷载和水平方向激振荷载；对支撑撬结构进行初步设计并优化；基于竖直方向激振荷载

【技术实现步骤摘要】
一种大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及海洋工程
，特别涉及一种大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法及系统
。

技术介绍

[0002]浅海海域部分油气田经过多年的开发，油井产出的油气含量越来越低，导致油田的开发成本大幅上升
。
为提升油井的出油率，目前工程中常用的方法是利用大型注聚泵往井中注入一定浓度的聚合物
。
由于聚合物的黏度较大，所需要的注聚泵功率较大且频率较低，属于大幅值低频振动，此种注聚泵长时间作业下将引起注聚泵平台结构的疲劳损伤和桩基承载力的降低，从而对注聚平台安全产生显著的影响，因此有必要对大型注聚泵结构设计专用的隔振基座
。
[0003]为削弱注聚泵振动对注聚平台结构的影响，一般可采用隔振设计
。
对于隔振设计，即基于线性减振理论，通过合理的设置弹簧或或橡胶垫等结构，使得注聚泵结构的振动响应无法有效的传递给底部结构，此类结构多为线性或弱线性隔振基座，该类基座对于高频振动具有较好的隔振效果，但对于低频振动，需要通过大幅降低隔振装置的刚度来达到较好的隔振效果，从而导致结构承载力不足
。
近期，基于非线性隔振理论的隔振装置逐渐出现，如多稳态隔振装置
、
负刚度隔振装置及电磁隔振装置等，此类装置结构形式复杂，且仅能对特定振动频率的振动进行有效隔振，存在结构刚度低
、
承载能力不足等问题，在注聚泵减振方面具有较大的不足
。
[0004]对于吸振设计，即采用阻尼板
、
阻尼器等可吸能或耗能材料吸收或消耗注聚泵的振动能量，从而达到削弱注聚平台振动的目的
。
常用的阻尼器多为速度相关型阻尼器，即需要动力设备产生较大的振动速度
(
对应较大的结构变形
)
时才能产生较为显著的吸能效果
。
由于注聚泵结构的刚度非常大，且安装空间非常有限，注聚泵作业过程中产生的振动速度并不是特别显著，故采用传统的阻尼器进行吸振或耗能效果并不是十分理想
。
[0005]无论是隔振设计还是吸振设计，在初步设计过程中均是评经验进行设计，然后建立复杂的注聚泵
‑
隔振装置
‑
注聚平台有限元模型验证所设计隔振装置的有效性，再进一步通过改进参数对隔振装置进行优化设计，存在建模过程复杂
、
计算效率低
、
重复次数多
、
未能达到最优等问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法及系统，用以直接获得高损失减振基座相关参数对注聚平台振动响应的影响规律，通过优化算法直接获得性能最优的减振基座参数，避免复杂的建模分析和迭代设计过程
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了：
[0008]一种大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法，包括：
[0009]根据注聚泵内部构造参数计算注聚泵往复激振荷载和注聚泵离心激振荷载；
[0010]将所述注聚泵往复激振荷载和所述注聚泵离心激振荷载分解为竖直方向激振荷载和水平方向激振荷载；
[0011]根据所述注聚泵的主尺度和规范要求对支撑撬结构进行初步设计，并计算所述支撑撬结构的固有频率；
[0012]基于所述支撑撬结构的固有频率，依据被动隔振原理对所述支撑撬结构的初步设计进行优化；
[0013]基于所述竖直方向激振荷载
、
所述水平方向激振荷载和所述支撑撬结构的整体刚度矩阵对优化后的支撑撬结构进行静力和动力分析，确定减振基座的设计；所述减振基座的设计包括减振基座的弹簧刚度设计和减振基座的耗能阻尼设计；
[0014]建立注聚泵
‑
支撑撬
‑
减振基座
‑
注聚平台整体振动响应分析模型，并利用
Newmark
‑
β
方法对所述注聚泵
‑
支撑撬
‑
减振基座
‑
注聚平台整体振动响应分析模型进行求解确定不同结构参数对注聚平台振动响应的影响规律；
[0015]基于所述响应规律，采用粒子群优化算法确定最优的结构参数，对减振基座的设计进行优化
。
[0016]本专利技术另一方面提供了：
[0017]一种大型注聚泵高损失减振基座结构优化系统，包括：
[0018]注聚泵往复激振荷载和离心激振荷载计算模块，用于根据注聚泵内部构造参数计算注聚泵往复激振荷载和注聚泵离心激振荷载；
[0019]分解模块，用于将所述注聚泵往复激振荷载和所述注聚泵离心激振荷载分解为竖直方向激振荷载和水平方向激振荷载；
[0020]支撑撬结构初步设计模块，用于根据所述注聚泵的主尺度和规范要求对支撑撬结构进行初步设计，并计算所述支撑撬结构的固有频率；
[0021]支撑撬结构初步设计优化模块，用于基于所述支撑撬结构的固有频率，依据被动隔振原理对所述支撑撬结构的初步设计进行优化；
[0022]减振基座设计模块，用于基于所述竖直方向激振荷载
、
所述水平方向激振荷载和所述支撑撬结构的整体刚度矩阵对优化后的支撑撬结构进行静力和动力分析，确定减振基座的设计；所述减振基座的设计包括减振基座的弹簧刚度设计和减振基座的耗能阻尼设计；
[0023]求解模块，用于建立注聚泵
‑
支撑撬
‑
减振基座
‑
注聚平台整体振动响应分析模型，并利用
Newmark
‑
β
方法对所述注聚泵
‑
支撑撬
‑
减振基座
‑
注聚平台整体振动响应分析模型进行求解确定不同结构参数对注聚平台振动响应的影响规律；
[0024]减振基座设计优化模块，用于基于所述响应规律，采用粒子群优化算法确定最优的结构参数，对减振基座的设计进行优化
。
[0025]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0026]本专利技术提供的大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法及系统在初步设计的基础上构建了整体振动分析模型，在不建立注聚泵
、
减振隔振装置和导管架平台详细数值模型的条件下直接获得减振基座相关参数对平台甲板振动响应的影响规律，利用优化算法直接确定减振基座最优设计参数，极大的提升了高损失减振基座优化设计的效率，具有较强的使用价值
。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法，其特征在于，包括：根据注聚泵内部构造参数计算注聚泵往复激振荷载和注聚泵离心激振荷载；将所述注聚泵往复激振荷载和所述注聚泵离心激振荷载分解为竖直方向激振荷载和水平方向激振荷载；根据所述注聚泵的主尺度和规范要求对支撑撬结构进行初步设计，并计算所述支撑撬结构的固有频率；基于所述支撑撬结构的固有频率，依据被动隔振原理对所述支撑撬结构的初步设计进行优化；基于所述竖直方向激振荷载
、
所述水平方向激振荷载和所述支撑撬结构的整体刚度矩阵对优化后的支撑撬结构进行静力和动力分析，确定减振基座的设计；所述减振基座的设计包括减振基座的弹簧刚度设计和减振基座的耗能阻尼设计；建立注聚泵
‑
支撑撬
‑
减振基座
‑
注聚平台整体振动响应分析模型，并利用
Newmark
‑
β
方法进行求解确定不同结构参数对注聚平台振动响应的影响规律；基于所述响应规律，采用粒子群优化算法确定最优的结构参数，对减振基座的设计进行优化
。2.
根据权利要求1所述的大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法，其特征在于，所述注聚泵往复激振荷载和所述注聚泵离心激振荷载的计算公式如下：
F
s
＝
r
ω2(m
p
+m
r2
)cos
ω
t+r
ω2λ
(m
p
+m
r2
)cos2
ω
tF
c
＝
(m
c
+m
r1
)r
ω2其中，
F
s
为注聚泵往复激振荷载，
F
c
为注聚泵离心激振荷载，
r
为注聚泵曲轴半径，
ω
为注聚泵曲轴转速，
m
p
为注聚泵活塞质量，
m
r1
为为注聚泵连杆的等效质量，
m
r2
为注聚泵约束点处等效质量，
t
为激振荷载的时间变量，
λ
为注聚泵曲轴半径
r
与连杆长度
L
的比值，
m
c
为曲轴质量
。3.
根据权利要求1所述的大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法，其特征在于，根据所述注聚泵的主尺度和规范要求对支撑撬结构进行初步设计，并计算所述支撑撬结构的固有频率，具体包括：根据所述注聚泵的主尺度和安装固定的需要，确定所述支撑撬结构的最初尺寸，依据规范要求的跨度在所述支撑撬结构内部设置若干横向和纵向布置的工字梁，完成支撑撬结构的初步设计；根据所述工字梁的参数计算支撑撬结构的整体质量矩阵和整体刚度矩阵；基于所述质量矩阵和所述刚度矩阵计算所述支撑撬结构的固有频率
。4.
根据权利要求1所述的大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法，其特征在于，基于所述支撑撬结构的固有频率，依据被动隔振原理对所述支撑撬结构的初步设计进行优化，具体包括：基于所述支撑撬结构的固有频率计算振动响应放大系数；基于所述振动响应放大系数判断注聚泵与支撑撬结构之间是否会发生共振；根据判断结果，依据被动隔振原理对所述支撑撬结构的初步设计进行优化
。5.
根据权利要求1所述的大型注聚泵高损失减振基座结构优化方法，其特征在于，基于所述竖直方向激振荷载
、
所述水平方向激振荷载和所述支撑撬结构的整体刚度矩阵对优化
后的支撑撬结构进行静力和动力分析，确定减振基座的设计；所述减振基座的设计包括减振基座的弹簧刚度设计和减振基座的耗能阻尼设计，具体包括：基于所述注聚泵竖直方向激振荷载的幅值
、
所述水平方向激振荷载的幅值和所述支撑撬结构的整体刚度矩阵，计算支撑撬结构不同节点处的变形量，确定弹簧阻尼减振装置的布置方案；依据所述注聚泵的重量
、
所述支撑撬结构的重量
、
可供安装的空间以及允许的弹簧变形量确定弹簧阻尼减振装置的弹簧刚度；建立注聚泵
‑
支撑撬结构振动分析模型；利用
Newmark
‑
β
方法对所述注聚泵
‑
支撑撬结构振动分析模型进行求解，得到弹簧阻尼减振装置安装位置处振动速度；根据所述振动速度的幅值选取最优的粘滞阻尼器参数
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯春健，郭海涛，刘真，蒋习民，陈同彦，季文峰，张先锋，崔书杰，张晓峰，杨东方，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务股份有限公司中石化石油工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：