水下采油树C形环结构强度计算

对于深水采油树,绝大多数下放安装工具和安装部件之间均通过C形环实现锁紧和承载。然而,现有文献只是对C形环扩张进行有限元强度计算,并未考虑到C形环是缺口圆,在扩张过程中和卡槽之间存在层间接触。鉴于此,利用ABAQUS有限元软件对水下采油树安装工具和安装部件之间的C形环进行结构强度计算,通过对比与C形环接触卡槽存在与不存在情况下的受力状态,验证了卡槽与C形环的层间接触作用对于C形环的应力有着极大的影响。利用ABAQUS有限元软件对考虑卡槽与C形环层间接触作用下,C形环锁紧后的承载工况进行强度计算。计算结果表明:C形环的锁紧和锁紧后承载工况具有不同的应力,且在承载工况下的应力大于锁紧时的应力。因此,在对C形环的结构进行设计时,应充分考虑在存在卡槽与C形环层间接触作用下C形环的承载应力。     

水下卧式采油树SCM下放工具锁紧机构性能分析

整个SCMRT最关键的部分是锁紧单元。理论分析中,对锁块主要考虑锁紧角度、解锁角度以及锥面角度问题,即锁紧角度α只要大于8.5°就不会发生自锁;解锁角度β需大于8.5°;锥面角度γ大于5.7°锁块都不会自动解锁。利用ABAQUS有限元软件对SCMRT的锁紧机构在锁紧工况中所受到的应力进行分析。分析结果表明,在锁紧滑块的驱动下将锁块锁紧到SCM中,锁块的最大应力主要发生在锁块下部与锁紧外壳台阶接触的地方,存在应力集中。锁紧/解锁角度、锥面角度与理论分析结果一致。在锁紧工况下,锁块最大Mises应力小于材料的许用应力,其最大接触应力能很好地满足强度要求,可以实现锁紧。     

旋转防喷器锁块式锁紧机构研制

通过对国外旋转防喷器锁紧机构的研究,从中发现不足之处;研制了新型的锁块式锁紧装置。该装置采用液控操作,由活塞带动嵌在壳体上的锁块完成锁紧和解锁功能,且具有显示机构和机械锁紧功能。克服了现有锁紧机构外形庞大、费时费力的缺点。厂内试验及现场应用表明:该机构结构合理,操作方便,能可靠地锁紧和解锁。     

油管挂安装工具C形环变形量对结构强度影响

针对水深500 m、设计压力等级为34.5 MPa(5 000 psi),设计温度为-18～121°条件下的立式采油树,研究C形锁紧环在锁紧过程中的变形量对其结构强度的影响。理论分析C形锁紧环在扩张过程中,其表面最大应力与C形环变形量之间的关系,得到简化公式。建立有限元计算模型,使用ABAQUS软件分析研究了C形锁紧环变形量对其强度的影响。结果表明:分析的结果与力学模型计算结果吻合较好,简化公式对初始设计具有一定参考性。     

油管悬挂器安装工具锁紧机构可靠性分析

油管悬挂器安装工具对可靠性要求很高,因此需要对其进行可靠性分析,确保其在使用寿命周期内能安全高效地完成既定功能。对结构的几何尺寸、材料参数和载荷因素等参量的不确定性进行了研究,确定了机构的不同类别结构参数所适用的分布形式及变异系数的取值等。针对理论方法进行结构可靠度计算较为繁琐的缺陷,运用ANSYS经典版软件中的PDS模块计算得出相关锁紧机构的可靠度数值,并对影响结构可靠性的参数进行灵敏度分析。分析结果表明:在C形环的影响因素中,许用应力、泊松比、总高度和载荷对结果的影响比较大,其中材料强度对结构可靠度影响程度最大,泊松比次之;在卡爪的影响因素中,许用应力、载荷和锁头宽度对结果的影响比较大,材料强度对结构可靠度影响最大,载荷作用次之。这些对结构可靠度影响较大的参数可以作为对卡爪机构优化设计重点考虑的参数。     

水下采油树油管悬挂器锁紧块参数设计

油管悬挂器是水下采油树的核心部件,其锁紧机构对油管悬挂器至关重要。阐述了油管悬挂器锁紧机构的组成、锁紧及解锁原理,确定了锁紧方案和解锁方案。对锁紧块在锁紧和解锁工况下的受力进行分析,得出2种工况下的推动环倾角均为45°。分析了单齿锁紧块和多齿锁紧块的受力情况和力传递途径,推导出单齿锁紧块和多齿锁紧块在X方向和Y方向的受力方程。建立了单齿轮廓和双齿轮廓的有限元模型,研究不同锁紧齿数对载荷传递路径的影响及不同路径应力分布。研究结果表明,2齿形的锁紧块结构更适合油管悬挂器的锁紧机构。     

连续管注入头夹持块的夹持性能研究

为了从各类夹持块中优选出性能最优结构形式的夹持块,以目前常用的半圆形、四瓣式和V形夹持块为对象,分别进行了夹持块与连续管之间的摩擦阻力系数理论及试验研究,并对接触受力进行有限元分析,从夹持块夹持连续管产生的摩擦阻力和挤压力2个方面对比分析了这3种夹持块的性能。分析结果表明,半圆形夹持块摩擦阻力系数最大;V形夹持块摩擦阻力系数最小,且对连续管产生的挤压应力最大,因此综合性能最差;四瓣式夹持块对连续管产生的挤压应力最小,对连续管具有很好的保护作用,综合性能最好。     

基于ADAMS的管内封堵器锁紧机构动力学研究

管内高压智能封堵技术可极大地缩短不停输情况下管道的带压封堵、更换阀件和投产试压等作业时间。设计了基于气动肌腱的管内封堵器锁紧机构,利用Solidworks软件建立了锁紧机构模型,并将模型导入到ADAMS软件进行编辑,根据各实体间的运动关系添加运动副,然后进行动力学仿真,得到锁紧机构封堵过程中锁定滑块的动力学特性曲线。分析锁块的动力学特性曲线认为,锁定滑块在封堵过程中存在冲击大、封堵不稳定的缺陷。针对缺陷提出了将锥筒和锁定滑块的接触由曲面接触改为平面接触的优化方案。     

立式采油树油管挂安装工具C形环开口角度分析

油管悬挂器安装工具和油管悬挂器之间依靠C形锁紧环连接。C形锁紧环的初始开口角度影响其强度,是设计的重要参数之一。针对立式采油树的油管悬挂器安装工具,在水深为500m,压力等级为34.47 MPa(5 000psi),设计温度为-18~121℃的条件下,计算了C形锁紧环锁紧所需的液压驱动力。建立有限元计算模型,使用ABAQUS软件分析研究了C形锁紧环初始开口角度对其强度的影响。结果表明:初始开口角度在20~30°为宜,C形锁紧环的应力较小、使用寿命长。     

自升式钻井平台锁紧机构设计与力学行为分析

自升式钻井平台广泛采用蜗轮蜗杆驱动的齿形楔块锁紧系统,国内外对钻井平台齿轮齿条升降系统稳定性研究较多,但对其锁紧后齿条的应力应变研究相对较少。为满足钻井平台齿形楔块式锁紧系统锁紧方案要求,设计出一种异形蜗轮蜗杆锁紧单元。在锁紧状态下对锁紧系统进行力学分析,得出平台转移载荷,并运用ANSYS对齿面接触做有限元分析,结果与变形协调方程所求应变趋势基本一致,与实际情况相符,同时证明锁紧齿条块变形量呈指数增长。利用Pro/E对锁紧系统建模,导入ADAMS对锁紧系统进行运动分析,结果表明其传动平稳,同步性好,冲击载荷小。研究结果可为齿形楔块式锁紧系统设计提供参考依据。     

连续油管注入头夹块力学分析及结构优化

基于弹性力学理论,提出了一种组合材料的连续油管注入头夹块结构。利用ABAQUS对比分析了常规和组合材料夹块在相同条件下的接触压力分布规律,并对组合材料夹块结构的端面倒圆角半径、环向倒圆角半径进行了优选。分析表明:组合材料夹块结构更加有效地将夹持力传递给连续油管,使得连续油管的接触压力提高且分布均匀,有效地提高了夹持的可靠性。     

基于温差法的齿轮与轴过盈配合分析

基于温差法过盈装配过程,建立了齿轮与轴的过盈装配有限元模型,分析了过盈配合后的等效应力、接触压力、剪切应力和位移量,并讨论了过盈量、摩擦因数和齿轮内孔倒圆角对过盈配合的影响。研究结果表明,齿轮和轴的应力和应变存在边缘奇异性,齿轮的最大等效应力和最大位移发生在距端部约1 mm处,轴的最大剪切应力发生在接触表面内2 mm处;过盈量与组件的应力和应变呈近似线性关系;摩擦因数不影响过盈配合后的应力、应变;当齿轮内孔倒圆角半径为1 mm时,可以明显地改善边缘奇异性。     

水下套管挂和密封总成下放工具设计

套管挂和密封总成下放工具是重要的水下井口头系统作业工具,在对比分析国外技术的基础上,以安全、高效、低作业成本为目标,运用模块化设计方法划分下放工具的功能结构单元,完成工具的详细设计。对工具中心轴连接螺纹强度进行研究,并分析了齿根圆角半径对接触应力的影响。结果表明:最大等效应力836.599MPa出现在第1齿螺纹齿根的下侧,随着螺纹齿根部圆角半径增大,螺纹齿接触应力逐渐减小。     

焊管生产线开卷机齿轮机构瞬态动力学分析

针对焊管生产线开卷机在使用过程中出现的齿轮机构断齿等失效现象,以某公司开卷机齿轮机构为研究对象,采用SolidWorks中Toolbox插件进行齿轮建模,利用有限元分析软件ANSYS Workbench中瞬态动力学分析模块Transient Structural对齿轮机构进行瞬态动力学分析。通过对齿轮机构进行材料分配、网格划分、边界条件及载荷约束后,得出最大Von Mises等效应力为204 MPa,小于齿轮的许用应力,最大等效应变为9.722 9×10-4 mm,且二者出现的位置相同。最大接触应力出现在靠近节线的齿根面附近,与齿轮最先出现点蚀位置相同。在接触状态云图中齿轮啮合过程中无粘结现象,接触状态良好。从最大等效应力随时间变化曲线图中可知,在主动轮与从动轮刚接触啮合时,所产生的等效应力最大。     

自升式钻井平台悬臂梁纵向锁紧装置设计

在对自升式钻井平台悬臂梁结构特点进行研究的基础上,提出采用齿条锁紧方式进行悬臂梁的锁紧,以防止平台在倾斜等意外情况下悬臂梁发生滑移坠海事故。然后采用有限元分析软件ABAQUS进行锁紧齿条受力分析,并在此基础上进行锁紧齿条设计参数的敏感性分析,重点研究了锁紧齿条宽度、压力角、齿数、模数和齿根倒角半径对锁紧状态下齿条受力的影响。研究结果表明,增加齿条宽度、对齿根进行倒圆角处理、增加齿条模数均可以改善齿条的受力并提高强度,锁紧齿条的齿数不应超过5个,压力角以20°为宜。     

JZG18型死绳固定器支臂总成的力学性能分析

现有研究缺乏死绳拉力对死绳固定器力学性能影响的分析。鉴于此,基于JZG18型死绳固定器支臂总成静力学分析,利用有限元分析软件,针对其原始模型受力薄弱位置,提取影响其强度的主要结构参数进行正交优化,确定最优结构参数为:绳轮肋板厚度25~35 mm、绳轮壁厚度42~52 mm、传感器支臂过渡圆角半径120~140 mm、传感器支臂厚度40~50 mm。采用四因素三水平正交试验方法,分析了最大死绳拉力下死绳固定器支臂总成的力学性能,分析结果表明:影响支臂总成结构强度的主因素顺序是绳轮肋板厚度、绳轮壁厚、传感器支臂过渡圆角半径、传感器支臂厚度;死绳固定器受力薄弱位置正交优化组合结构参数为绳轮肋板厚度35 mm,绳轮壁厚52 mm,传感器支臂过渡圆角半径120 mm,传感器支臂厚度50 mm;优化后死绳固定器支臂总成最大等效应力为148.82 MPa,小于其材料许用应力156.67 MPa,正交优化后力学性能增强效果明显。研究结果可为死绳固定器支臂总成的合理设计和使用提供参考。     

往复式压缩机曲轴强度影响因素研究

过渡圆角形式和半径、润滑油道直径以及连杆轴颈的长度等是影响曲轴强度的重要因素。结合正交试验设计,运用三维建模技术建立16组不同影响因素组合下的往复式压缩机曲轴模型,按照有限宽度轴径油膜压力分布规律对其施加载荷,经求解分析,得出各因素与曲轴强度的关系。针对由曲轴结构复杂而导致在过渡圆角处出现的应力奇异现象,提出外插值的方法进行评估。结果表明,除连杆轴颈的长度对曲轴的强度影响不大外,过渡圆角的形式以及半径大小均有不同程度的影响,其中内圆角的应力值远大于外圆角。研究往复式压缩机曲轴强度的影响因素,对曲轴设计时部分尺寸的选用以及强度校核有一定指导作用。     

大型非锚固原油储罐应力测试与有限元分析

为了得到大型非锚固原油储罐开孔处和大脚焊缝的应力,建立了大型非锚固原油储罐的三维空间有限元模型,分析了储油罐在充水试验期间的应力分布和规律。以一台新建弹性地基上的15×10^4m^3原油储罐为分析对象,开展充水试验期间的应力测试研究和地基沉降监测,并比较实测应力值与有限元计算值之间的误差。结果表明,有限元计算模型最大误差为4．72％,所建立的三维空间有限元和储罐弹性地基接触模型能够真实模拟储罐的受力状态和应力分布,可为大型弹性地基储罐的应力分析提供理论依据。     

承插搭接焊埋地钢管接头结构特性研究与应用

为了研究轴向荷载下承插搭接焊钢管接头的应力分布规律和应力集中现象,根据焊接类型和角焊缝型式的不同组合,采用有限元软件ANSYS建立了9种接头计算模型,开展应力分析工作。分析结果显示,轴向荷载作用下,凸角焊缝虽增加了焊材用量和焊接工作量,但结构受力最好,平角次之,凹角焊缝虽节省焊材,但结构受力最差。研究表明,相同荷载作用下,内外双焊接头应力最小,可利用搭接区钢材分担受力,但焊接工作量最大;外焊接头整体应力分布较为均匀,但焊接在管外留槽施工,较为不便;内焊接头处管壁应力分布不均匀,内焊缝和承口扩径段管壁应力最高,但焊接可以在管内施工,较为方便,可以优先考虑使用。