海洋铺管船用张紧器的总体设计

为了提高我国海洋管道铺设能力,特别是深海管道铺设能力,在简要介绍国内外铺管船用张紧器的应用情况之后,对海洋铺管船用张紧器进行了国产化研究。经反复研究和论证,确定了海洋铺管船用张紧器的基本参数、总体结构方案和总体控制系统方案。最后给出了张紧器部分零部件的三维设计图。     

铺管船用张紧器张紧系统分析

铺管船用张紧器是海洋铺管船的关键设备,张紧器张紧系统是张紧器保持管线恒张力的保证。介绍了国内外铺管船用张紧器张紧系统现状,并加以分析,指出铺管船用张紧器张紧方式为在浅海采用螺旋夹紧、马达驱动,在深海采用液压缸夹紧、交流伺服电动机驱动。通过仿真,液压夹紧缸在快进、工进、保压、快退阶段均能达到系统要求;交流伺服电动机通过恒转矩的输出,在液压缸夹紧的前提下,对管线进行恒张力控制。分析结果表明,液压夹紧系统和电动机驱动系统满足系统的工作需要,系统稳定可靠。     

海洋铺管船用张紧器内悬架的设计与分析

海洋铺管船用张紧器内悬架装置是张紧器设备研发中的关键部件。对内悬架装置中的关键机构和部件进行了计算和校核,并对内悬架中主框架进行了有限元分析,设计出了通用性较好的内悬架装置,使之能更好地满足实际需要。     

S型铺管船张紧器控制系统仿真试验台设计

以2 000kN张力的深水铺管船用张紧器为研究对象,结合其工作环境设计了张紧器的驱动系统和监控系统。研制了张紧器控制系统的半实物仿真试验台,由电机试验台和电控系统试验台2部分组成,模拟波浪作用和电机的恒张力控制。为深入研究张紧器的电控系统奠定了基础,可促进深水铺管船用张紧器的产业化。     

铺管船张紧器主框架结构优化设计

以铺管船张紧器为研究对象,对张紧器的工作原理进行了分析,建立了张紧器主框架结构优化分析的模型。使用有限元软件ANSYS结构优化模块对某铺管船张紧器主框架进行了结构优化,张紧器主框架钢材用量从原设计的1.483 m~3下降到了0.489 m~3,节省67%,极大地减轻了张紧器的质量;同时,优化后的安全系数仍达3.29,能够满足海上铺管作业的要求。本研究中所使用的优化思路和优化方法可以作为海上工程设备设计的基础,对平衡海上施工的经济性与安全性具有指导意义。     

海洋脐带缆张紧器总体方案设计

在海洋油气开发过程中需要通过脐带缆完成通信、电信号传输及液体注入等。张紧器是铺设脐带缆的关键设备之一,可以保障脐带缆的恒张力铺设。综述了两履带上下或水平布置、三履带对中布置、四履带对中布置3种形式的脐带缆张紧器应用优缺点,对比了各脐带缆张紧器的性能参数。针对海洋脐带缆铺设特点,设计了四履带对中式脐带缆张紧器的总体结构方案及其履带机构总成、驱动系统。研究成果对形成适合我国海洋脐带缆铺设作业技术,满足我国海洋油气田开发需要具有指导意义。     

深水铺管张紧器橡胶材料静摩擦行为研究

张紧器是深水油气管线铺设的核心装备之一,能够保证管线铺设过程中管道以平稳的速度及适中的张紧力水平下放入水中。张紧器上橡胶垫块与管道外壁受压接触,所产生的静摩擦力对维持管线受力平衡起到至关重要的作用。利用自制的试验装置,测试了不同试验载荷条件下橡胶材料与管道试样间的最大静摩擦力,并对接触区变形进行分析。试验结果表明,最大静摩擦力水平随法向载荷增大而上升,静摩擦因数则逐渐下降; 在同一法向载荷条件下,最大静摩擦力随切向载荷增长率的增加而波动; 接触系统静摩擦因数的波动受接触面间的粘性接触力水平与橡胶材料本身粘弹特性共同影响,而粘性接触力水平的作用占据首要位置。因此,在铺管过程中,应重点关注静摩擦因数随管道夹持力变化的规律,同时应选择合理的铺设速度,使静摩擦因数处于较小的波动范围内,防止发生脱管事故。     

深水海底管道铺管设备技术现状与国产化设想

深水海底管道铺设技术是我国进行深海油气资源开发的关键技术。综述了国外深海海底管道铺设技术,着重介绍了深水铺管船及铺管主要设备(张紧器、A&R绞车、管道输送系统等)的技术现状,并在分析各主要设备技术特点和国内技术条件的基础上,提出了通过引进、消化、技术集成、技术创新的方式进行深水铺管关键设备国产化的设想。     

海洋钻井隔水管张紧器技术分析

从海洋钻井隔水管张紧器的技术现状入手,深入研究了滑轮钢丝绳式和直接液缸式2种典型隔水管张紧器,重点介绍了2种张紧器结构和技术特点,并结合国内实际情况,建议选择滑轮钢丝绳式张紧器作为初期研发目标,从小到大,由浅入深,循序渐进,最终达到自行开发研制目的,实现海洋隔水管张紧器系统国产化、系列化,并进一步满足海洋石油勘探开发需要。     

隔水套管张紧器的应用现状与技术分析

自升式钻井平台配置套管张紧器主要用来给隔水套管提供顶部张紧力及横向约束,以改善隔水套管的力学性能,减小隔水套管的弯矩和横向变形,解决隔水套管深水作业时的稳定和安全问题。介绍了国内外隔水套管张紧器的应用现状及类型,重点阐述了固定式隔水套管张紧器和可移动式隔水套管张紧器的工作原理、技术特点及主要技术参数,详细分析了隔水套管张紧器的配置技术、张紧力的确定和控制系统的设计等几项关键技术。最后提出3个发展建议,即加大研发可移动式隔水套管张紧器的力度、解决隔水套管张紧器的反冲问题和优化张紧器平台结构。     

200K钢丝绳式隔水管张紧器动载试验研究

为了解决海洋钻井隔水管张紧器试验难的问题,同时也为了有效验证国产隔水管张紧器的可靠性,开展了隔水管张紧器试验的研究工作。重点分析了隔水管张紧器钢丝绳的速度和张力,确定了试验方案,并借用现有的陆地钻井设备设计了一套试验装置,模拟了升沉运动,实现了隔水管张紧器的动载试验。动载试验结果表明:试验占用空间小,成本低,效果理想,完全满足200K钢丝绳式隔水管张紧器的试验要求。建立的隔水管张紧器试验方法为打破国外技术垄断、实现高端石油钻采设备的国产化奠定了基础。     

基于AMESim的平台隔水管张紧器建模与仿真研究

在简要介绍深水平台隔水管张紧器结构和工作原理之后,通过分析张紧器气体状态参数变化规律、液压管线压降及液压缸内摩擦力,得到张紧力及张紧器刚度计算公式。以建立的数学模型为基础,基于AMESim软件建立张紧器仿真模型,并以国外一种直接作用式张紧器为例进行实例计算,研究不同参数对张紧器性能的影响。研究结果表明,张紧力随活塞冲程的变化是非线性的,但线性化的张紧力变化曲线与非线性变化曲线基本一致,张紧器的特性类似线性弹簧;高压气体体积和压力对张紧力和张紧器刚度变化起主要作用,增大空气瓶体积不影响张紧器活塞零冲程位置的张紧力,但可以减小张紧器刚度并减缓刚度随活塞冲程的变化,增加张紧力的稳定性。     

抽油机ZPJ型智能胶带张紧器

针对游梁式抽油机运转过程中普通存在胶带拉长变松、打滑磨损、寿命短和更换频繁等现象,研制了ZPJ型智能胶带张紧器,可实时地自动检测和调整抽油机胶带的张紧力。该型胶带张紧器使抽油机胶带由原来较高滑差率改善为理论滑差率接近于零,最大限度地避免丢转现象,使设计目标产油量与实际产油量趋于一致。在2口油井的抽油机上首次安装使用该型智能胶带张紧器,2年多来一直运转良好,使胶带寿命由原来的2～3个月延长到1a。2004年5月一次销往阿塞拜疆Kursenge油田30台,为开拓国际市场打下了基础。     

浅水铺管船锚机主要部件的设计分析

恒张力锚机是浅水铺管船上的重要设备,主要由动力系统、传动系统、刹车系统、控制系统、支撑固定系统等组成。根据锚机的结构设计,对主电机的选型、刹车系统中的制动器选型、减速器的传动比等进行了分析。计算分析结果表明:设计的锚机较好地实现了预定的功能,并具有较高的安全系数。     

海洋铺管电驱张紧器履带机构及传动效率分析

张紧器在海洋铺管作业中起到重要作用。以脐带缆安装系统及关键部件(张紧器)为研究对象,主要研究了履带装置的驱动系统、履带悬浮机构和接触垫块,给出了接触垫块应具备的4方面特性。分析了影响张紧器履带装置传动效率的因素,对履带传动效率进行试验数据对比研究,为张紧器的优化设计提供理论基础。     

基于张紧器耦合的隔水管作业窗分析

为了研究张紧器与隔水管耦合作用下的自存作业窗及避台撤离时的紧急作业窗,基于隔水管悬挂模式下的横向振动特性,建立了隔水管与张紧器耦合振动动力学模型,采用有限差分法对方程进行了离散,利用边界条件和初始条件通过编程对模型进行求解.研究了海风和张紧器参数对隔水管自存作业窗的影响,分析了平台航速和海流角度对隔水管悬挂撤离时作业窗...     

钢丝绳式隔水管张紧器监控系统设计

为了采集张紧器运行过程中各项重要参数,实时掌握张紧器状态,依据海洋钻井隔水管张紧器控制系统工作原理,设计了钢丝绳式隔水管张紧器远程监控系统。监控系统包括张紧器液缸与蓄能器之间的抗反冲控制、液缸和钢丝绳位移检测、升沉运动检测、钢丝绳寿命与维护提醒等7个功能模块。针对隔水管张紧器的3种事故工况,设计了状态判断与系统维护软件算法流程。进行了界面设计,介绍了监控软件的应用情况。该钢丝绳式隔水管张紧器监控系统自动化、智能化程度高,为隔水管张紧器的安全性、可靠性提供了多重保障。     

电驱式张紧器恒张力控制系统研究与开发

阐述了张紧器的结构和工作原理,研究了基于变频电动机驱动的恒张力控制系统和实施方案,提出了基于压力、速度闭环控制的恒张力控制方案和基于压力门限值控制的恒夹紧力控制策略。在上述研究的基础上,开发出150kN原理样机并进行试验验证。结果表明,电驱式张紧器恒张力控制系统具有振幅小、稳定时间短的特性;控制系统的关键因素与铺管(缆)船的运动特性有关,通过控制界面增加增益P和动态偏差cn的设定值,可提高控制系统的响应特性,减小超调量,缩短稳定时间。     

海洋钻井隔水管张紧环上壳体焊接工艺研究

为解决海洋钻井隔水管张紧环上壳体整体锻造加工技术难题,张紧环上壳体以焊接件代替整体锻件。上壳体为大厚度钢板焊接结构,采用T型接头、K形坡口、CJP焊缝等方式。通过分析上壳体的具体结构,合理设计上壳体的焊接顺序;采用带限位板接头的试板,开展焊接工艺评定试验,试验结果符合设计要求。研制出的海洋隔水管张紧环上壳体能够为相关海洋水下装备复杂结构零件的“以焊代锻”工艺提供参考。     

基于AMESim的隔水管张紧器抗反冲控制研究

作为浮式钻井隔水管系统的关键装备,国产隔水管张紧器因其抗反冲控制试验难度大、成本高、风险不可控等因素,制约着产品的工业化应用进程。为降低隔水管张紧器的海试应用风险,提高张紧器抗反冲控制效果,以AMESim软件为仿真平台,选用南海某浮式钻井平台的隔水管系统为依据,建立抗反冲阀、张紧器、隔水管串及控制系统等相关模型,并搭建抗反冲控制系统,研究控制参数及脱离时刻对抗反冲控制的影响。研究结果表明:液缸位置-主阀开度控制曲线是抗反冲控制的关键因素;不同的脱离时刻对于张紧器抗反冲控制效果影响较大,为避免脱离时隔水管串出现局部弯曲的现象,建议脱离时刻选取在平台升沉曲线180°相位的附近。研究结果可为隔水管张紧器的控制逻辑优化和海试应用提供一定的依据。