海洋钻机应力测试工装设计

应力测试是评价在用海洋钻机井架承载能力的重要手段,在测试过程中需要特制的工装以便对井架进行加载。依据某海洋钻机结构尺寸及应力测试要求,设计了相应的工装,并采用有限元方法对设计的工装进行了强度和刚度校核。分析结果表明,工装的最大应力发生在承载轴和主吊耳接触处,应力值为197.03 MPa,其余部位应力水平均在185 MPa以下,强度足够;工装的最大变形位移为9.678 mm,发生在主吊耳右侧的主梁上,垂直方向的最大挠度为9.664 mm,均为小变形,刚度满足要求。     

JC90D型绞车滚筒强度分析

滚筒是绞车中的关键零部件,其可靠性关系到整个绞车的可靠性。讨论了滚筒有限元分析时载荷的处理形式;引入欧拉公式分析了钢丝绳拉力的衰减状况。将钢丝绳对滚筒的压力以按缠绕圈数逐圈递减的形式,施加在滚筒绳槽表面进行了滚筒的强度分析。滚筒的强度和刚度都满足使用要求。     

用于深水海管铺设的双滚筒绞车设计研究

针对大牵引力的收放绞车国内相关研究文献很少的现状,开展了双滚筒牵引绞车的设计研究。设计的收放绞车最大牵引力4 000 kN,储缆绞车容绳量3 500 m,结构采用牵引绞车外加1个储缆绞车的形式。双滚筒绞车的2个滚筒均为动力滚筒,共由8台电动机驱动,借助钢丝绳与滚筒绳槽之间的摩擦来传递运动和动力。有限元强度分析表明,绞车滚筒和机架设计合理,其强度可满足牵引4 000 kN载荷的要求,保证了使用的可靠性和安全性。     

绞车滚筒中胀套连接的参数设计及应用

目前钻机绞车滚筒承受越来越大的复合载荷,在滚筒轴与滚筒体之间键连接形式存在强度不能满足等设计不合理问题,为此而提出把胀套连接应用于石油绞车滚筒连接上。对现有常用5种胀套类型的参数性能特点进行了分析,针对滚筒轴与滚筒体之间连接特点,建议选用Z2型胀套结构形式,并进行了力学参数分析和实际应用条件下的设计计算,得到了符合工程要求的结果。     

海上井喷抢险“三分支”引火筒结构设计

针对目前海上生产平台出现的井喷失控事故, 设计了“三分支”引火筒装置。在从源头控制井喷抢险作业时能够借助“烟囱效应”将流体/火焰引至上方，降低井口区温度，提高井喷抢险作业的安全性。“三分支”引火筒装置主要由引火筒、悬挂筒、主轴及悬挂装置、锁定及支撑装置组成。作业时可根据井口分布调整3个引火筒之间的角度和高度，配合钢丝绳和绞车进行井喷抢险作业。对各部分结构进行了阐述并且对结构强度及恶劣工况下的吊装进行了有限元分析。分析结果表明:装置强度满足要求；在200×104 m3/d气井井喷环境下最大等效应力为492 MPa，最大偏移量为348.02 mm，在6级风环境下最大等效应力为495 MPa，最大偏移量为353.12 mm，均满足抢险作业需求。研究结果可为生产平台井喷抢险引火筒研发提供参考。     

钻井绞车滚筒体整体绳槽设计

针对钻井绞车滚筒体绳槽板加工完绳槽后焊接时存在结构复杂,工艺性不好,滚筒体整体强度低以及排绳不整齐等问题,对32 mm钢丝绳所使用的绞车滚筒体进行了分析,并进行了整体绳槽设计。设计过程包括钢丝绳爬坡时行程的设计计算和反转楔的焊接及加工尺寸设计。通过计算与分析,最终得到实际加工操作的完整经验公式。整体绳槽设计及加工技术在JC28、JC30、JC50和JC70等绞车的实际应用中,效果良好,解决了钻井绞车使用中的各种问题。     

基于ANSYS的不同排列方式短管蜂窝夹套有限元分析

以短管蜂窝夹套为研究对象,采用ANSYS有限元方法,模拟分析了短管排列方式改变对夹套静应力的影响及热应力-机械场对夹套结构强度的影响,进行了夹套疲劳寿命的校核。研究结果表明,在模拟试验条件下,三角形排列方式短管蜂窝夹套结构的总体应力为212.382 MPa,最大当量应力值为266.512 MPa,内筒体内陷量为0.854 mm,外壳外凸量为0.579 mm;正方形排列方式短管蜂窝夹套结构的总体应力为170.215 MPa,最大当量应力值为199.982 MPa,内筒体内陷量为1.573 mm,外壳外凸量为1.183 mm。2种短管排列方式的蜂窝夹套结构均满足强度要求和疲劳寿命要求。     

钻机绞车滚筒的有限元法应力分析

现有滚筒应力计算,多采用解析法,计算结果与实际状况差异较大。本文采用有限单元法,利用电子计算机作应力、位移分析计算,指出滚筒受力最大点不一定在滚筒体上,增加筋环并不能改善应力状况。     

盾构机异形筒体有限元设计分析

盾构机是工作在地铁以及地下隧道的重要工具之一。盾构机的外形结构不规则,类似异形筒体结构。综合运用结构设计建模软件Solidworks和有限元分析应用软件ANSYS,对不同筒体厚度的异形筒体进行应力计算,对危险区域的局部薄膜应力以及一次加二次应力的安全性做出评定。结合实例进行了结构强度与异形截面参数的关系拟合,危险区域的一次加二次应力值没有超过材料的许用应力值,验证了结构强度符合设计要求,异形筒体的厚度明显变小,避免了在设计时考虑安全问题而使设计厚度过大,解决了筒体厚度设计保守问题,减少了生产制造的浪费,可为工程分析以及理论设计等提供参考依据。     

JC30DB-Ⅱ型海洋修井绞车设计与分析

为了使海洋修井绞车的结构紧凑且可靠,实现绞车模块化和轻量化目标,在常规的JC30DB两挡绞车的基础上,利用ANSYS软件分析计算绞车的关键部件,优化绞车的总体结构布局,设计了JC30DB-Ⅱ型两挡海洋修井机绞车,满足了HXJ180DB型海洋修井机的要求。为今后的海洋修井机绞车的设计提供了一种新的设计思路。     

扩张式封隔器胶筒力学性能分析

为了适应海上油田大排量反洗井的要求,开发了液控扩张式封隔器可洗井分注技术。对扩张式封隔器胶筒材料进行了力学性能测试,并系统地进行了封隔器胶筒结构有限元分析技术的研究。研究结果表明,封隔器胶筒橡胶的应力-应变呈非线性关系,随着温度的升高,橡胶材料强度会变弱,在温度为65℃时橡胶材料强度达到最低,继续升高温度,橡胶材料强度又会增加;当封隔器处于内压20.0 MPa工作状态时,上、下胶筒座的应力水平最高,最大Mises应力为413.2 MPa;在胶筒中,外层胶筒两端应力水平最高,可达46.4 MPa,胶筒两侧应变能密度最大;封隔器处于工作状态时,其肩部变形最大,伴随着压力的增加,变形的趋势减缓,应变能密度与工作压力基本呈直线关系。所得结果可为扩张式封隔器的结构设计提供理论依据。     

废热锅炉温度场与应力场的有限元分析

废热锅炉换热管分布的不对称性, 使得管板和筒体等部件的温度场与应力场分析十分困难。为此, 运用有限元法对稳态温度场作了计算, 求得管板、筒体等部件的平均温度、内外壁温差, 并将这些参数作为应力场分析的热载荷; 将废热锅炉离散为由板壳元和杆单元组成的空间结构, 对自重、压力、温度组合的４ 种工况进行计算, 得到管板、筒体等部件的应力场分布规律。根据最大当量应力值对各部件做了强度校核, 为废热锅炉各部件的合理设计和安全评定提供了可靠的理论依据。     

内压圆筒上不同接管型式的有限元分析

文章基于文献[1]的实验,采用三维有限元法对实验中的内压圆筒开孔接管区进行了应力分析,获得了筒体、接管及其连接部位的应力分布结果,并对比分析了径向和周向斜接管结构的应力分布情况。分析结果表明,容器开孔接管处应力分布复杂,并产生明显的应力集中,其应力集中系数随着距接管与筒体连接处的距离的增大而快速降低;周向斜接管结构的应力分布规律与径向接管结构的相类似,最大应力强度均出现在连接处且位于筒体的纵向截面的内侧区域;与径向接管结构相比,周向斜接管结构的最大应力强度较小;而且,随着周向斜接管结构的倾斜角α增大,其最大应力值变小。     

交流变频电动顶驱系统下齿轮箱体的结构优化

现有文献鲜有基于顶部驱动钻井装置的齿轮箱结构优化研究。鉴于此,利用APDL参数化语言对下齿轮箱体进行了有限元计算,在指定的设计工况下对下齿轮箱体进行强度和刚度校核,并在此基础上研究侧壁壁厚和底部壁厚对下齿轮箱体结构刚度的影响。研究结果表明:下齿轮箱体提环销轴处最大应力为628 MPa,选用35Cr Mo材料可以满足结构强度安全设计要求;在垂直载荷作用下,法向变形为主要变形,最大变形位置为箱体与承载法兰接触面,从各个刚度参数来看,满足下齿轮箱体结构刚度的安全设计要求;侧壁壁厚与底部壁厚对下齿轮箱体结构强度和刚度均有影响,通过优化变量与状态变量之间的对应关系可以获得最下齿轮箱体的最优结构参数。所得结论可为下齿轮箱体结构优化设计方案提供数值依据。     

连续管作业机软管滚筒制动装置设计

为了解决连续管作业机实际运输过程中滚筒在较差路况下出现晃动的问题,在充分考虑滚筒空间有限的情况下,提出了结构简单的液压控制制动装置,并在该制动结构的基础上进行了强度分析和疲劳寿命分析。分析结果显示：在液压缸施加21 kN推力的情况下,未简化的结构最大等效应力为233.5 MPa,经过简化的结构最大等效应力为62.89 MPa,满足选取材料强度的要求。疲劳寿命分析表明,制动结构的疲劳寿命在107次以上,安全性较高。     

ZJ70D型石油钻机双滚筒绞车设计

为满足钻井工艺和运输要求,通常把绞车设计成多轴传动、分体运输,这样不仅使系统复杂,还增加了成本和安装工作量。为此,对绞车的传动方案、动力输入方式和绞车架结构做了开创性工作,重新设计了ZJ70D型双滚筒绞车。该绞车主要由底座、绞车架、滚筒轴、捞砂滚筒轴、传动轴驱动箱、盘式刹车、防碰天车装置、主刹车机构和自动送钻装置等组成,动力输入轴与传动轴之间换挡采用机械换挡,传动轴与滚筒之间的换挡采用气胎离合器换挡,拥有4个正挡、4个倒挡。运用有限元软件对滚筒轴进行了模拟分析和强度、刚度校核。分析与校核结果表明,绞车滚筒和机架设计合理,满足实际工作要求。     

车用35MPa玄武岩纤维增强复合材料气瓶自紧工艺研究

为了研究和分析玄武岩纤维增强金属内胆压力容器在自紧作用下的容器性能，以工作压力为35MPa的玄武岩纤维增强绕复合材料气瓶为研究对象，依据经典网格理论建立气瓶有限元模型，分析自紧工艺对玄武岩纤维增强复合材料气瓶应力大小及分布影响，根据《DOT-CFFC》标准，提出最佳自紧压力。研究表明：自紧后，玄武岩纤维增强复合气瓶纤维层在35MPa工作压力下的应力强度明显高于自紧前，气瓶纤维强度利用率大幅度提高；在60～80MPa工作压力下随着自紧压力增加，气瓶内衬的最大Von-Mises应力减小，内衬受力降低，纤维层最大Von-Mises应力增大，纤维增强作用提高；当自紧压力为64.89MPa时，气瓶的承载性能最佳，此时气瓶的内衬承载能力和纤维层利用率比自紧前分别提高了37.63%、33.22%；爆破压力下自紧压力不影响气瓶内衬和纤维层应力大小。该研究成果能大幅提高玄武岩复合材料气瓶的承载能力，有助于天然气汽车的应用推广。     

带N型管箱换热器中筒体厚度对管板设计厚度的影响

对于带N型管箱的固定管板换热器,管板与两侧筒体直接焊接;文章从基本原理入手,考察管板周边区域的受力情况,分析了筒体厚度对旋转刚度参数Kf及管板边缘支撑条件的作用;区分壳程带与不带膨胀节两种情况并结合换热管加强系数K的调整,文章通过八个算例来分析圆筒厚度变化对管板内径向应力分布以及极值的影响.由于壳程筒体的轴向刚度与其自身厚度有关并会直接影响到管板的设计厚度,文章分析了这一影响规律并提出了壳程筒体由不同厚度段组成时的轴向刚度计算.     

基于ANSYS的绞车滚筒结构强度分析及优化设计

对绞车滚筒进行结构优化,不但可以提高其使用性能,而且能达到降低能耗的目的。首先建立基于ANSYS的绞车滚筒结构有限元模型,根据绞车的实际工况确定其载荷形式并进行受力分析,然后在此基础上对绞车滚筒结构进行优化设计,再运用拓扑优化的方法对滚筒结构做进一步改进,从而在满足绞车使用性能的情况下有效地减轻了滚筒的质量,使制造材料得到充分利用,降低了生产成本,并为今后绞车滚筒的结构优化设计提供了参考。     

2000m超深水水下分离器承压结构强度分析

以2 000 m超深水卧式重力分离器承压结构为研究对象,依据分离器危险工况建立了参数化精细模型,探讨了分离器强度校核方法。在静力分析确定分离器局部危险位置的基础上,在危险位置对总体应力进行分析并参照压力容器相关标准的相应限制对各当量应力进行校核,计算了分离器的结构强度;分析了手孔壁厚、接管壁厚及支座形式等结构因素对分离器整体强度的影响。分析结果表明,增大手孔及接管厚度将会减小手孔及接管处应力,但对分离器其余部分应力基本无影响;当支座采用倾斜支撑形式时会产生巨大应力导致支座破坏,但塑性流动基本不会影响筒体应力场,支座形式对筒体强度基本无影响,设计分离器支座时应优先选用竖直支撑形式。