基于ANSYS和响应面法的排管机立柱优化设计

为满足排管机立柱的轻量化设计要求,快速实现设备的降本增效,以排管机立柱截面尺寸优化为研究重点,利用Design Modeler模块进行参数化建模,利用ANSYS Workbench软件静力学模块对立柱的刚度、强度以及振动模态进行有限元分析,并对立柱的结构参数进行优化。分析结果表明:立柱侧壁板宽度L_2和折弯板角度α对最大总变形的敏感度最高,增大L_2和α的数值可以有效减小最大总变形量; L_2和α对最大等效应力的影响是非线性的,随着α的增大,最大等效应力先升高后降低,L_2增大时最大等效应力会降低;优化方案相较原方案质量减轻3. 2%,最大总变形量降低14. 1%,在最大等效应力降低的同时前3阶固有频率均有所提高,达到了减轻立柱质量、增强刚度及提高固有频率的优化目的。所得结果可为类似机械设备的尺寸优化设计提供借鉴与参考。     

压电发电器建模研究

压电发电器的优化设计必须以模型为基础。提出了一种新的压电发电器模型建立方法,运用该方法分别推导出2种结构的压电发电器的性能参数表达式,实验数据与表达式计算结果比较吻合,证明表达式可以用于压电发电器的性能预测。通过对输出参数表达式进行深入讨论,得出压电发电器的一般特性和相关参数与发电器性能参数之间的关系,可指导压电发电器的优化设计。     

海洋平台连续起下钻钻机及关键设备研究

针对当前常规海洋自升式钻井平台钻井作业采用间歇起下钻方式存在的起下钻作业时间长、井下复杂情况多等缺点，提出了一种全新概念海洋自升式钻井平台的连续起下钻钻机，完成了连续起下钻作业流程确定、立根长度确定、连续起下钻系统、排管机、集成控制系统等关键技术和设备设计。该钻机配套常规顶驱，通过采用新增连续起下钻系统设备，改进排管机和集成控制系统的方式实现连续起下钻作业，实现在高位进行钻柱提放、管具上卸扣、钻井液收集等功能，最大起下钻速度可达2 160 m/h，与现有钻机相比，能够大幅提高钻井作业效率，降低井下压力波动，技术跨度相对较小，具有较好的可应用实施性。     

在役海上模块钻机自动化升级方案设计

有很多在役的海上模块钻机仍旧保留着传统钻机的操控方式,钻机的自动化水平很低,现场作业环境恶劣,工人劳动强度大。为了对这些模块钻机进行自动化升级,对司钻操作控制、管具处理、钻井液处理、关井操作4个方面的自动化技术应用进行研究,提出了集成控制系统、一体化仪表、防碰互锁、远程监测、管具处理自动化、钻井液处理自动化、自动化关井等设计方案。可为新建海上模块钻机以及在役平台进行自动化升级改造提供参考方案。     

用于微电池的压电悬臂梁电特性仿真

研究了一种带质量块的压电悬臂梁结构，利用压电薄膜的正压电效应将机械能转化成电能，可以用于振动能的收集。利用有限元分析软件ANSYS对结构进行建模，通过模态分析和谐波分析得到：悬臂梁在一阶模态时上下振动，形成恰当的工作状态；通过改变梁的各个几何参数和振动源的频率，得到了悬臂梁上下电极间峰值电压的变化情况；当振动源的频率为悬臂梁的一阶共振频率时，得到的峰值电压最大。     

深水钻井隔水管张紧系统反冲控制仿真研究

隔水管张紧系统能够克服浮式平台/船升沉运动对隔水管的影响,为隔水管提供近于恒定的顶部张紧力,因此隔水管系统中存储大量能量。在隔水管底部总成与水下防喷器紧急脱离时,能量释放会产生反冲,若反冲得不到有效控制,会导致隔水管与平台碰撞或隔水管丢失等严重事故。为研究隔水管反冲的动态过程并验证反冲控制系统设计的合理性,对3658 m水深隔水管张紧系统搭建了仿真模型,针对紧急脱离工况进行模拟,设计了反冲控制算法。通过仿真得到张紧液缸运动曲线以及防反冲阀主阀的流量曲线。研究结果表明:在紧急脱离工况下,PLC以预编程模式控制防反冲阀主阀的节流速度,使系统在行程末端达到稳定状态;主阀开度控制曲线是隔水管反冲控制的主要影响因素,优化主阀开度曲线可优化反冲相应过程。研究结果对于深水钻井隔水管张紧系统的现场安全应用具有一定的指导作用。