JJ225／42KC型石油钻机井架结构强度分析

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1、石油机械一22一CHINAPETROLEUMMACHINERY2012年第40卷第2期●设计计算JJ225／42一KC型石油钻机井架结构强度分析蒋薇易先中胡德祥(1．长江大学机械工程学院2．辽河石油装备制造总公司)摘要根据JJ225／42一KC型井架的基本结构和受力特点，运用ANSYS有限元软件建立了井架结构有限元模型。结合ANSI／AISC中UC值方法，对该型井架进行了最大钩载工况、工作风载工况和最大风载工况等3种组合工况的强度和稳定性分析。分析结果表明，井架整体结构设计合理，具有较好的动态与静态特性和良好的总体稳定性，可满足典型钻井工况下的强度要

2、求。最后，对JJ225／42一KC型井架的起升装置和井架大腿销轴的强度进行了计算和校核，校核结果显示强度均满足要求。关键词石油钻机井架有限元模型强度分析工况风载中图分类号：TE923．02文献标识码：A文章编号：1001—4578(2012)02—0022—040引言1井架及其参数设置石油钻机井架是重要的石油钻探设备。以JJ225／42一KC型井架是辽河石油勘探局装备工往在钻机井架产品的设计过程中，设计人员通常采程公司研制的一种以焊接工字钢为主的K形前开口用传统力学方法和经验公式，人工计算设计。但由井架，配套底座为DZ225／6一KC箱式底座，配套绞

3、于井架工作条件非常复杂，人工计算不可避免地采车为JC40—1绞车，配套钻机为ZJ40／2250JD钻机。用了过多的简化，计算结果不能全面反映整体的应JJ225／42一KC型井架是前开口垂直起升结构力状态，从而导致结构设计中的大量冗余。目前市形式的井架，分为左右2片，每片由7节组成，上场竞争Et趋激烈，对产品提出了更高的要求，设计段为整体焊接结构，其余各段由背横梁和斜拉杆组人员有必要采用现代设计方法对传统的设计进行技成一个门形结构。主要受力的井架大腿由宽翼缘H术提升。．型钢制作，井架稳定性好，承载能力强，井口操作利用ANSYS有限元软件的结构线性静力分

4、空间开阔，司钻视野好。主体与各背横梁之间为销析，可以求解静力载荷作用下结构的位移和应力轴连接，斜拉杆、井架体各段间均为双锥销连接。等，也可计算固定不变的惯性载荷(如重力和离该型井架的工作高度为42m，二层台安装高度为心力)对结构的影响，以及可以近似为等价静力24．5、25．5和26．5m，最大设计载荷为2250kN，作用的随时间变化载荷的影响(如通常在许多建抗风能力为130km／h(满立根、无钩载)。筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷)J。因此，通过ANSYS实现井架的静态有限元仿真，2井架有限元建模最终完成井架的强度分析，是现代钻机井架结构强度

5、分析与计算研究的前沿课题。2．1井架结构分析为此，笔者利用ANSYS有限元软件建立了JJ225／42一KC型井架的本体是一个由H型钢、JJ225／42一KC型井架有限元模型，并为其提供了工字型钢、角钢和圆钢等型材焊接而成的大型钢结强度和稳定性分析的理论基础。构物，主要由上段、左一段、右一段、左二段、右基金项目：中国石油科技创新基金研究项目“连续油管注入状态的工作力学研究”(2008D一5006—03一¨)；辽河石油勘探局项目“自升式海洋修井作业平台的强度研究”(2003H0510)。石油机械2012年第40卷第2期——只有轴向力存在时允许的轴向压应力

6、；++·⋯。)’——只有弯矩存在时允许的轴向压应力；——计算点的轴向压应力；fbxfby≤1——计算点的弯曲应力；++．。(2)C——折算系数，对于节点有(侧向)位~0．15时，可用式(3)代替式(1)和移的框架中的受力构件，取0．85；——除以安全系数的欧拉应力，且有式(2)，即=12qrEll23(／r6)I；爱+fbx+fby≤1．。(3)Z——弯曲平面内无支撑的实际计算长度；式中，与下标b、和e结合在一起的下标和，，——有效长度系数；r——回转半径。鑫NODALSOLUTIONELEMENTS0LUTIoSTEP=1STEP=1SUB=1SU

7、B=1TIME=1TIME=1USUM(Avo)FMAX(NOAvG、RSYS=oDMX=l21．211DMX=178826SMN=-63383SMX=178．826SMX=64．912_带≈¨{单位：MPa．盥a-●■■■■■■■■●_iIll~i,i；■■■-一91．865-46．989-2．1l34276387683—-63383-34．873—6．3132214750657-69427—2455120．32565201l10o76-49128-20．6187．8923640264912a．最大钩载时的应力b．工作风载(7O节风速)最大应力c．

8、最大风载荷(93节风速)o。的最大应力艘=ELEMENTsoLu11oN；¨ELEMENTSoLUTIoNE