Редуктори обладнання засобів механізованого нафтовидобування в процесі експлуатації зазнають інтенсивного впливу зовнішнього середовища. На думку автора, одне із найбільш ефективних інженерних рішень щодо запобігання та обмеження такого роду впливів полягає у відмежуванні повітряної камери редуктора від атмосферного повітря шляхом застосування зрівноважувальних пристроїв (сапунів або компенсаторів). Завдяки використанню різноманітних та високоякісних матеріалів, сучасні сильфонні компенсатори здатні працювати у найжорсткіших умовах.
Основною частиною сильфонного компенсатора є сильфон – пружна гофрована оболонка, яка має здатність розтягуватися, стискатися або згинатися під дією внутрішніх та зовнішніх навантажень і може бути виготовлена із різноманітних матеріалів, таких як гума, пластики тощо. Механічні властивості цих матеріалів істотно відрізняються від механічних властивостей металевих матеріалів, оскільки вони володіють великою пружністю, є нестисливими, в’язкопружними тощо. Такі матеріали класифікуються як гіперпружні. Для опису поведінки цих гіперпружних матеріалів існує доволі багато моделей: Neo-Hookean, Mooney-Rivlin, Odgen, Arruda-Boyce, Gent, Yeoh, Blatz-Ko тощо. Сьогодні ці моделі широко застосовуються при імітаційному моделюванні гумових виробів (наприклад, ущільнень), біологічних матеріалів (м’язів) тощо.
Для дослідження еластичного сильфону була застосована гіперпружна двопараметрична модель Mooney-Rivlin. Тривимірна модель сильфона має геометричні параметри, показані на рисунку 1, імітаційне моделювання його роботи виконувалося у осесиметричній постановці. Це дозволило пришвидшити процес моделювання, підвищити точність отримуваних результатів за рахунок створення дрібнішої сітки тощо.
Рисунок 1 – Геометричні параметри сильфона
Визначення залежності зміни об’єму сильфона від дії на його внутрішню поверхню тиску розділено на два етапи: визначення видовження сильфона від дії тиску; визначення об’єму сильфона від його видовження. Вихідними даними для імітаційного моделювання, прийнято геометричні розміри сильфона та зміну тиску від -0,001 МПа до 0,04 МПа (від -0,01 до 0,4 атм). Матеріалом сильфона прийнято гуму. Для проведення автоматизованого розрахунку використано інструмент програми SolidWorks Simulation – Дослідження проектування.
На рисунку 2 наведено розподіл переміщень (по осі Y) у моделі сильфона, а на рисунку 3 – розподіл еквівалентних напружень при дії тиску на його внутрішню поверхню величиною 0,04 МПа.
Щодо величин напружень, що виникають у сильфоні, то їх максимальні значення не перевищують допустимих для матеріалу (гуми).
На рисунку 4 показано отриману залежність переміщення верхньої точки сильфона від дії тиску на його внутрішню поверхню.
Рисунок 4 – Переміщення верхньої точки сильфона від дії тиску на його внутрішню поверхню
В результаті досліджень розроблено тривимірну модель сильфонного компенсатора з використанням інструменту "взаємозв’язки" програми SolіdWorks, що у подальшому дало змогу легко змінювати його геометричні параметри, керуючи тільки одним розміром. Імітаційне моделювання сильфону за відповідних граничних умов дало змогу визначити його напружено-деформований стан від дії на його внутрішню поверхню тиску величиною 0,04 МПа. Під дією цього тиску сильфон видовжився на 255 мм, загальна його довжина склала 505 мм. Що стосується величини максимальних еквівалентних напружень, то при дії зазначеного тиску вони складають 5,6 МПа, що є допустимими для матеріалу сильфона. За допомогою модуля програми SolidWorks Simulation "Дослідження проектування" визначено переміщення верхньої точки сильфона під дією тиску на його внутрішню поверхню у діапазоні від мінус 0,001 до 0,04 МПа та побудовано від-повідні графічні залежності для різних його внутрішніх діаметрів (80, 100, 120 та 140 мм).
Список використаних джерел
1. Шостаківський, І. І., & Харун, В. Р. (2021). Механізми та наслідки обводнення мастильних олив у трансмісіях штангових свердловинних насосних установок . Scientific Bulletin of Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, (1(50), 7–15. https://doi.org/10.31471/1993-9965-2021-1(50)-7-15
2. Шостаківський, І. І., Лях, М. М., Дейнега, Р. О., Михайлюк, В. В., & Процюк, В. Р. (2023). Дослідження еластичного сильфонного компенсатора. Scientific Bulletin of Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, (1(54), 36–43. https://doi.org/10.31471/1993-9965-2023-1(54)-36-43
3. Заявка на винахід а 2024 02117 "Сапун сильфонний".
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter