水下生产系统用脐带缆试制关键工艺介绍

水下生产系统用脐带缆一般由电、光纤、液压管道、化学药剂管道等多种不同单元组成,用于连接上部平台与水下生产系统,并作为电液控制、电力和化学药剂的通道[1]。脐带缆制造对生产设备、工艺等有特殊的要求。介绍了脐带缆多单元多层次截面设计及成缆和钢管单元形变控制等关键制造工艺。     

基于有限元分析的水下脐带电缆电场与温度场特性

为解决具有复杂结构单元的水下采油生产用脐带缆无法利用传统解析方法确定绝缘厚度和载流量的问题,采用有限元法计算、分析了脐带缆端面的电场与温度场分布。通过对不同绝缘材料、绝缘厚度与结构形式的脐带缆模型进行对比研究,给出了利用ANSYS软件优化确定脐带缆载流量的方法。研究结果表明,脐带缆中电缆单元的相对位置对电场分布影响很小,而电场主要集中在电缆单元内部导体的相线间;电场分析得出交联聚乙烯绝缘的临界厚度为0.25 mm;不同脐带缆结构中,中心钢管结构脐带缆的载流量可达近60 A,散热性能优于中心电缆结构脐带缆;此外,分别采用交联聚乙烯与乙丙橡胶绝缘的2类脐带缆的最高场强与载流量差异并不明显。综上,有限元方法可以用来确定脐带缆绝缘厚度与额定载流量。     

脐带缆绝缘厚度选择的有限元方法

为探索结构复杂的脐带缆中电场分布与绝缘厚度是否合理,在传统解析计算的基础上利用有限元法对脐带缆进行分析,建立脐带缆端面的二维模型,选择仿真软件ANSYS对其电场进行分析,并对比不同绝缘材料、不同绝缘层厚度以及不同脐带缆端面结构对电场分布带来的影响,得到了绝缘厚度的计算方法.实践验证,该算法能够确定复杂截面结构的电力电缆绝缘厚度.     

水下生产系统脐带缆初步结构设计

简要介绍了水下生产系统脐带缆的主要功能,分析了国外脐带缆的结构形式和材料,提出了深海环境下脐带缆的设计思路和方法.结合简单的力学计算,最终给出脐带缆结构的初步设计结果.     

三种典型动态脐带缆线型仿真研究

线型设计是动态脐带缆的整体分析中的关键,线型设计的优劣将直接影响脐带缆适应极值环境的性能、抗疲劳性能、系统附件的复杂性、安装方案的经济性等问题。波浪流与缆初始脱离角是脐带缆线型设计两个重要参数。针对不同方向波浪流,对悬链线型、Lazy-wave型、Lazy-S型等三种典型线型脐带缆动态响应特征进行分析,并得出了每种线型成本对比,给脐带缆线型选取提供参考。     

风-浪-流激励下海上风电半潜平台-脐带缆动力特性分析

随着海上风电的迅速发展,海上风电机组呈现向深远海地区投放趋势。脐带缆作为电力传输的关键组件,在安装与工作时常年受到海流、波浪等载荷作用,为保证脐带缆能在生命周期内安全运行,需对其动力学特性进行详细分析。现有研究多关注脐带缆在波浪载荷作用下的动力学分析,鲜少涉及风、浪、流三相耦合及脐带缆与平台相互作用下脐带缆的动力学特性。为此,对近海地区200 m水深海上风电半潜平台脐带缆动力学特性进行研究,模拟近海海域情况,设计脐带缆结构及参数并建立半潜式海上风电平台、脐带缆模型,通过AQWA软件模拟不同海浪频率。风、浪、流同向作用时的极限海况下,半潜平台及脐带缆的响应情况,得到在随机波浪载荷及风、流载荷的作用下脐带缆的动力学参数。     

基于数值模拟的脐带缆防弯器段疲劳寿命分析研究北大核心CSCD

防弯器是嵌套于脐带缆端部的关键附件,其主要作用是防止脐带缆发生过度弯曲变形。由于海洋环境荷载和浮体的边界运动作用,脐带缆防弯器段往往承受拉弯交变载荷,在长期作用下会产生疲劳破坏。现有研究往往聚焦于脐带缆自身结构的疲劳损伤,而对于防弯器结构疲劳性能分析较少。文中考虑两者之间的滑动摩擦和几何非线性等因素,建立脐带缆防弯器段的有限元模型。进而,通过整体水动力分析获得张力载荷时程曲线。最后,基于Fe-safe疲劳寿命软件建立预测防弯器的服役寿命方法。通过该方法得出在服役时脐带缆和防弯器均满足使用年限要求和脐带缆首先破坏的结论。该方法可为防弯器的分析设计具有一定的指导意义。     

脐带缆中通信电缆间串扰计算方法研究*

脐带缆是由电缆、光缆和药剂运输管线组成的紧凑多管线聚合缆,多应用于深水和超深水的石油和天然气资源开发.随着脐带缆敷设距离的增加和管线集成度的提高,通信电缆间的串扰已成为脐带缆中电缆通信可靠性设计必须考虑的关键问题.为此,提出了脐带缆串扰计算的一种场-路耦合模型和计算方法.为考虑脐带缆中多导体芯线的通信电缆,提出了基于多导体传输线(MTL)理论的多通信电缆串扰的计算模型和计算方法.由于脐带缆结构较复杂,电缆芯线周围的介质非均匀,电缆芯线导体之间不满足宽间隔条件,因此提出了上述模型参数的数值计算方法.最后,仿真计算了典型脐带缆通信电缆间串扰分布规律,并进行了实验验证,证明了该模型和算法的准确性.     

水下生产系统脐带缆电缆行波传输特性分析及其在故障定位中的应用

脐带缆电缆故障是影响水下生产系统供电可靠性的关键因素,本文通过对南海某气田水下生产系统脐带缆电缆建立简化等效模型,应用EMTP电磁暂态程序对线路不同情况的故障进行仿真计算分析,得出了脐带缆电缆的行波传播特性,从而为脐带缆电缆故障定位监测装置的参数设置提供有效的参考。     

脐带缆电缆故障电压行波相模分量特征分析及测距方法研究

脐带缆是水下生产系统的生命线,快速有效地定位故障点具有重要的经济意义。分析了脐带缆电缆故障电压行波特征,在此基础上提出一种故障测距方法。根据脐带缆电压行波线模零模分量在故障点发生折射和反射的数值关系,定义了波形特征量并以此判断第一个反射波的性质;基于TT变换标定故障行波到达时间;在此基础上提出一种基于故障电压行波相模分量特征及TT变换的脐带缆电缆故障单端测距方法。最后,以EMTP/ATP仿真结果验证了所提测距方法的准确性和有效性。