【正文】 ZJ一15型鉆機的前3階模態(tài)可能會與鉆機動力設備或傳動設備的運轉(zhuǎn)速度發(fā)生聯(lián)系，是發(fā)生共振的危險區(qū)間，應盡量避開。 從上述的測試和分析結(jié)果來看：把模態(tài)分析技術應用于鉆機的動態(tài)研究是可行的，用復模態(tài)多自由度模型對鉆機進行模態(tài)分析是合理的。如果不能避開，則需采取減振措施，以防發(fā)生共振。該值落在了第2階模態(tài)和第3階模態(tài)的共振區(qū)中，如果柴油機安裝在底座上，也可能引起共振。如果上下15％的范圍為共振區(qū)，～；由此可見，這說明該鉆機在鉆井過程中使用4擋可能發(fā)生共振。434 阻尼比，% O．000l O．2024 表111 鉆機動力設備及傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動頻率 設備名稱 柴油機 電動機 變速箱輸入軸 變速箱輸出軸 滾筒軸 貓頭軸 轉(zhuǎn)盤 3擋(Hz) 4擋(Hz) 根據(jù)鉆機上配置設備的工作轉(zhuǎn)速范圍進行分析得出，可能引起鉆機強烈振動的頻率區(qū)間是低階模態(tài)區(qū)間，即主要是前3階模態(tài)。 　 圖13 模態(tài)階數(shù)確定 　　鉆機在鉆井過程中使用的擋位主要是3擋和4擋，現(xiàn)用鉆機對應這兩個擋位的動力設備及傳動系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)頻率見表1—11，這可能是引起系統(tǒng)共振的振源。在截止頻率為146拖的頻率范圍內(nèi)取出18個峰值，因此，確定該鉆機的模態(tài)階數(shù)為18，即在該截止頻率范8內(nèi)可觀測到18階模態(tài)。 　　為了避免丟失模態(tài)，采用復模態(tài)多自由度摸型對所有測點的傳遞函數(shù)進行集總平均，得到平均后的頻譜圖，見圖1—3。 　 用DASP大容量數(shù)據(jù)自動采集和處理系統(tǒng)，對現(xiàn)場測試的鉆機振動模態(tài)數(shù)據(jù)進行傳遞函數(shù)分析和互功率譜密度分析后表明，鉆機底座的鉆臺面結(jié)構(gòu)整體性能較好，底座后部的左右上船與傳動底座之間，底座前部與后部之間整體性能較差，這主要是底座前后兩部分剛度不同造成。1997年9月，采用單點激振多點拾振的方式，對ZJ—15型鉆機進行了振動模態(tài)測試，激振點取在底座過橋軸附近，拾振點取在如圖1—2所示位置。底座簡化模型見圖1—2。鉆機底座也是一個合結(jié)構(gòu)，它由左、右上船、傳動底座、左、右下船、絞車轉(zhuǎn)盤座及4個支架等幾大部件組成。信號傳遞路線見圖1一l。因此，通過試驗并采用單點激振頻響函數(shù)法依據(jù)單點激振，各響應點拾振的頻率響應函數(shù)來提取模態(tài)參數(shù)和對鉆機進行模態(tài)分析是一種有效方法。在解析分析中，模態(tài)參數(shù)是力學系統(tǒng)運動微分方程的特征值和特征向量；在試驗分析中，模態(tài)參數(shù)是試驗測得系統(tǒng)的固有頻率、阻尼和振型。鉆機底座對給予的任一激勵所作出的響應能包含鉆機振動特性的全部信息，可以用來描述系統(tǒng)的動態(tài)特性?？梢娿@機主體部分構(gòu)成了以底座為支撐的剛性整性，那么這些設備和部件的質(zhì)量都可以轉(zhuǎn)化到鉆機底座上。在鉆機的各系統(tǒng)中只有循環(huán)系統(tǒng)和動力設備與鉆機主體是軟連接，其余的系統(tǒng)和部件則是剛性連接并組成鉆機的主體。他們首先采用模態(tài)分析技術來對鉆機的振動模態(tài)進行試驗分析。因此，研究鉆機結(jié)構(gòu)動態(tài)特性及其在鉆井過程中的動力反應，對鉆機的結(jié)構(gòu)設計、參數(shù)設計、生產(chǎn)使用及鉆機減振改造是十分必要的。 　　該研究項目1995年10月通過了原中國石油天然氣總公司科技局組織的評審驗收，與會專家認為，石油井架現(xiàn)代設計方法的研究成果具有創(chuàng)新性，具有工程實用價值，可為我國石油機械科研、設計、制造單位鉆機、修井機的井架設計提供科學的現(xiàn)代設計方法。 　　3．石油井架的非線性分析 　　該方法通過模型井架垂直靜載試驗，測得應力和位移隨載荷呈非線性變化。 　　2．石油井架的可靠性設計法 　　該方法得出的ZJ32鉆機最大工作載荷概率分布及統(tǒng)計參數(shù)，可用于ZJ32鉆機井架的可靠性設計，其分析方法適用于各鉤載級別的鉆機井架。 　　該方法提出的前開口井架最佳動力計算模型(三維立體梁一杵混合元模型)，不僅適用于JJ250／42K型井架，而且還可應用于各種鉤載級別的鉆機、修井機的前開口井架。 四、對石油井架現(xiàn)代設計方法進行了研究 　　北京石油勘探開發(fā)科學研究院機械所與石油大學(華東)于20世紀90年代初聯(lián)合對石油井架現(xiàn)代設計方法進行了研究，并在石油井架的動態(tài)設計法、可靠性設計法及非線性分析三個方面取得了重要成果。認為該泵技術先進，設計可靠，運行平穩(wěn)，維修方便，實現(xiàn)了機電一體化，在以固體顆粒的鉆井液為介質(zhì)的領域具有廣泛的應用前景。 　　 若兩臺泵并聯(lián)，則泵的功率就變成1000hp，3臺泵并聯(lián)則泵的功率就變成1500hp。 (7)缸套用壓板固定在泵頭上，可迅速更換缸套活塞組件。 (5)兩只缸套的活塞桿腔由護罩連成一個連通空間，注以清水后可自動清洗缸套壁。 (3)兩個油缸的往復運動交叉，并在換向時彼此提供流量補償，使兩個缸套排液的流量曲線合成一平直曲線。 　　該泵的特點是： (1)兩只液缸垂直布置在直立缸套同一軸線的正上方，各油缸活塞與缸套活塞共用一根活塞桿。 (3)液壓控制系統(tǒng)(HRS)可使油缸能自動往復運動，省去了電或機械控制裝置，并能確保鉆井泵在野外長期可靠工作。 　　其性能特點是： (1)(20hp)。 　　(6)由于新結(jié)構(gòu)鉆井泵比傳統(tǒng)的鉆井泵在相同功率下，體積小，重量輕，泵壓高，效率高，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，節(jié)約鋼材和能耗，更適合作為油田固井水泥車的固井泵，壓裂車的壓裂泵和采油注水泵，其發(fā)展前景可取代石油、化工、冶金、采礦、發(fā)電、印染等領域的傳統(tǒng)用泵。沒有上下死點，泵和柴油機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)省力，機械效率可達90％。 　　(4)傳統(tǒng)3缸鉆井泵的動力端由于是曲柄連桿機構(gòu)，在運轉(zhuǎn)中有上下死點，機械效率僅為70％左右，而且耗能大。 　　(3)傳統(tǒng)3缸鉆井泵由于波峰大，固井時易出現(xiàn)水頭錐進效應，造成水泥漿錐進串槽，嚴重影響固井質(zhì)量，甚至破壞油井造成嚴重的經(jīng)濟損失；在采油注水時，由于波峰大出現(xiàn)錐進現(xiàn)象后將大大降低原油采收率。 　　(2)由于傳統(tǒng)3缸鉆井泵液流脈動率大，鉆井液水力能量的連續(xù)性差，提供給水力破巖的水馬力小，尤其在高壓噴射鉆井時，不能形成持續(xù)、穩(wěn)定的高壓液流，大大降低了水力破巖和攜帶巖屑的能力，從而影響了鉆井速度。專家認為，該泵的研制成功將是取代國內(nèi)外油田傳統(tǒng)往復泵的換代產(chǎn)品，已被國家經(jīng)貿(mào)委列入1999年國家重點技術創(chuàng)新項目，該泵與國內(nèi)外油田現(xiàn)用傳統(tǒng)3缸鉆井泵相比具有以下特點： 　　(1)傳統(tǒng)3缸鉆井泵的動力端為曲柄連桿機構(gòu)，由于3個曲柄的相位差為120176。 　研制出幾種新型鉆井泵 　　1．新型5缸鉆井泵 　　北京龍基九天實業(yè)有限公司近年來開發(fā)出一種用于石油勘探開發(fā)的5缸1300型新結(jié)構(gòu)鉆井泵。固控系統(tǒng)和鉆井液凈化設備集中布置。 　　(2)ZJ70(寶)型鉆機 　　該鉆機是由寶雞石油機械廠(總承包)和中國石油集團系統(tǒng)有關單位于1999年共同研制成功的7000mAC—SCR—DC電驅(qū)動石油鉆機。其主要性能參數(shù)除表1—8中所列之外，在電傳動系統(tǒng)方面主發(fā)電機的頻率為50Hz，電壓為600V；輔發(fā)電機組的頻率為50Hz，電壓為400V；直流電動機的電壓為0～750V。其井架、底座、天車、游車、大鉤、水龍頭、轉(zhuǎn)盤、絞車、鉆井泵等設備的型式、基本參數(shù)及承載能力與ZJ60DS鉆機相同，但在動力系統(tǒng)方面，絕大多數(shù)采用了卡特皮勒3512柴油機發(fā)電機組。鑒定認為，該鉆機的研制成功，標志著我國石油鉆機的設計、制造和使用水平上了一個新臺階，取得了新突破，填補了我國沙漠深井石油鉆機的空白，總體上達到了90年代初的國際先進水平。1996年3月通過國家正式鑒定。電路設計成模塊化并具備自診斷能力，便于故障判斷和迅速插拔更換，％以內(nèi)。該鉆機的動力采用5臺美國卡特皮勒D399柴油機，帶