深海資源開采系統球鉸硬管接頭的設計及系統橫向運動分析_第1頁
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文檔簡介

1、深海資源開采系統球鉸硬管接頭的設計及系統橫向運動分析本文分析了國內外開發的揚礦系統中的聯接裝置的優缺點。由于海洋環境和作業條件的影響, 揚礦管體承受著巨大的彎矩。為了消除彎矩的不良影響 , 本文提出并設計了一種新的聯接裝置球鉸接頭,其設計特點是揚礦管接頭沒有焊接部件, 聯接強度高 , 拆裝快捷 , 可多次重復使用。該接頭使揚礦管只受軸向力, 不受彎矩和扭矩 , 相當于柔性管。論文對球鉸接頭做了詳盡的性能分析, 進行了關鍵零件和部位的受力分析和安全校核。 提出了防腐措施。 用能量損失法分析了螺紋脂密封性能。用有限元法分析了螺紋的滑脫失效。分析結果表明 , 所研制的球鉸式接頭能夠滿足中試系統的作業

2、要求。 論文以球鉸的三維接觸問題為切入點 , 研究了三維接觸應力的計算方法。根據變分原理和虛功原理推出了兩個球面接觸的剛度方程式 , 并補充了接觸條件 , 得到了四種狀態下的定解條件。 采用面對面的接觸單元作為分析單元。對于接觸面上的摩擦問題 , 則建立了簡化的粘滑摩擦理想模型來進行模擬計算。最終計算出了研究對象接觸面上的接觸應力。 本文基于修正后的莫里森方程 , 用數值積分的方法 , 采用常深度二維小振幅線性波理論 , 研究了四級和六級海況下 , 液動力隨著水深和時間的變化關系。為了考查采用新型接頭的效果 , 本文分別建立了剛性聯接和鉸接聯接兩種情況下的靜力和動力特性變分數學模型 , 聯合使

3、用有限元和虛擬仿真兩種技術 , 建立計算機分析模型 , 以海浪周期為 8 秒和 10 秒為例 , 詳細分析和比較了剛性和鉸接兩種聯接方式下揚礦管路系統的橫向偏移特性。對剛性聯接揚礦管路系統橫向運動進行仿真分析時,選用管單元來模擬揚礦管。 得到了兩種海況下揚礦系統水平穩態偏移構型 , 系統的最大水平偏移發生在揚礦管底端 ,8 秒周期海況下為 2.1米, 偏移角度為 0.14 。10 秒周期海況下為 3.3 米, 偏移角度為 0.21 。整體偏移量隨著海水絕對深度的增加而增加。 對鉸接揚礦管路系統橫向運動進行仿真分析時 , 用曲線擬合其水平受力狀況。分析得出系統偏移在總體上呈周期性變化 ,8 秒周期海況下大約為 50 秒。最大偏移量為 6.3 米, 偏移角度為 0.40 。10 秒周期海況下周期大約為 57 秒。最大偏移量為 5.9 米, 偏移角度為 0.38 。以螺紋聯接的揚礦管系統雖然橫向偏移較小 , 但管體承受著一定的彎矩 , 這對設備的強度和可靠性是不利的。如果采用鉸接式揚礦管聯接裝置 , 則揚礦管只受軸向力 ,但系統的橫向偏移稍大。不過總體偏移角度仍然很小 , 只要在設計球鉸聯接裝置時 , 預留一定的轉角余量 , 則可滿足要求。這對整個系統采用球鉸聯接提供了依據。 為了驗證計算結果的正確性 , 完成了 1000 米揚礦硬管系統 1:1

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