海底管道配重混凝土层高压水射流清除技术研究

发布时间：2017-08-20 06:12

  本文关键词：海底管道配重混凝土层高压水射流清除技术研究

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【摘要】：随着我国海底管道铺设长度的增加,以及管道服役年限的增长,海底管道维修量越来越大,因此对海底管道配重混凝土层清除的需求也越来越大。研发具有我国自主知识产权的海底管道配重混凝土层专用清除装置迫在眉睫,这对提高我国的海底管道维修技术整体水平具有重要意义,同时也积极地响应了国家“十三五”有关大力发展海上作业保障装备和系统的要求。本论文在查阅国外前沿技术的基础上,结合国内现有的技术条件和技术水平,探索了适合我国国情的海底管道配重混凝土层清除系统,并完成该系统关键组成部分——海底管道配重混凝土层清除装置的设计首先确定了实际海底管道配重混凝土层清除工程的施工计划流程,然后进行了淹没环境中高压水射流破碎混凝土的可行性实验验证,并得到了可行的工艺参数,从而明确了设计混凝土清除装置的功能要求和主要参数。然后在功能要求和设计参数的指导下,完成了对海底管道配重混凝土层清除装置的机械结构设计,包括设备框架、回转机构、夹紧机构和爬行机构的设计,并进行了详细的力学分析和计算。同时进行了液压系统总体方案设计,确定了液压系统原理图和执行元件,并对液压执行元件和液压控制元件进行了计算选型。设计的装置可以进行360度回转,和沿管道自动爬行。最后通过FLUENT数值分析,分别研究了淹没环境相对于空气环境对高压水射流的影响,以及喷嘴形状、喷嘴直径、射流压力、环境压力等对淹没射流速度和动压的影响,以对不同水深的海底管道配重混凝土破碎施工提供理论支持。
【关键词】：海底管道 混凝土清除 水下维修装置 高压水射流 淹没环境
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P756.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 课题研究背景和意义16-19
• 1.2 国内外研究现状19-25
• 1.2.1 水下作业装置研究20-22
• 1.2.2 高压水射流系统介绍22-25
• 1.2.3 高压水射流仿真研究25
• 1.3 论文的主要研究内容25-28
• 第二章 海底管道配重混凝土层高压水射流清除系统总体方案设计28-40
• 2.1 工程背景介绍28
• 2.2 海底管道配重混凝土层高压水射流清除系统构成28-30
• 2.3 计划施工流程30-31
• 2.4 技术路线31-32
• 2.4.1 水下作业装置设计要求和技术路线31
• 2.4.2 淹没环境高压水射流仿真技术路线31-32
• 2.5 淹没环境中高压水射流破碎混凝土可行性实验验证32-36
• 2.5.1 实验设备介绍32-34
• 2.5.2 水射流喷射路径规划34
• 2.5.3 实验过程和实验效果34-36
• 2.6 设计参数确定36-39
• 2.6.1 尺寸相关参数确定36-37
• 2.6.2 功能相关参数确定37
• 2.6.3 工艺相关参数确定37-38
• 2.6.4 水射流反冲力计算38-39
• 2.7 本章小结39-40
• 第三章 海底管道配重混凝土层清除装置机械结构设计40-64
• 3.1 机械结构总体方案设计40
• 3.2 清除装置设备框架设计40-43
• 3.2.1 框架形式的选择40-42
• 3.2.2 框架组成42-43
• 3.3 喷头回转机构设计43-56
• 3.3.1 回转机构组成43-44
• 3.3.2 回转机构工作原理44-45
• 3.3.3 回转机构刚度关键问题研究45-50
• 3.3.4 齿轮设计与计算50-52
• 3.3.5 齿轮校核52-53
• 3.3.6 回转机构导轮导轨设计选型53-56
• 3.4 管道夹紧机构设计56-59
• 3.4.1 夹紧机构组成56-57
• 3.4.2 夹紧机构工作原理57-58
• 3.4.3 夹紧机构受力分析58-59
• 3.5 爬行机构设计59-62
• 3.5.1 爬行机构组成59
• 3.5.2 爬行机构工作原理59-61
• 3.5.3 导向部分设汁和有限元分析61-62
• 3.6 本章小结62-64
• 第四章 海底管道配重混凝土层清除装置液压系统设计64-76
• 4.1 液压系统总体设计64-65
• 4.1.1 液压系统方案选择64
• 4.1.2 液压系统原理设计64-65
• 4.2 液压执行元件选型65-71
• 4.2.1 喷头回转驱动马达选型计算65-67
• 4.2.2 管道夹紧液压缸选型计算67-69
• 4.2.3 喷头伸缩液压缸选型计算69-70
• 4.2.4 高压喷头旋转马达选型计算70-71
• 4.2.5 液压系统所需流量压力71
• 4.3 液压控制元件选型71-73
• 4.4 水下液压热插拔装置介绍73-75
• 4.4.1 设计原因和设计要求73
• 4.4.2 原理介绍73-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第五章 高压水射流仿真分析76-92
• 5.1 高压水射流仿真理论介绍76-78
• 5.2 空气和淹没环境的对比78-81
• 5.2.1 模型的建立与网格划分78-79
• 5.2.2 空气和淹没环境的对比79-81
• 5.3 喷嘴对流体状态的影响81-87
• 5.3.1 喷嘴形状对淹没射流的影响81-84
• 5.3.2 喷嘴直径对淹没射流的影响84-87
• 5.4 不同参数对淹没射流的影响87-90
• 5.4.1 射流压力对淹没射流的影响研究87-89
• 5.4.2 水深对淹没射流的影响研究89-90
• 5.5 本章小结90-92
• 第六章 总结与展望92-94
• 6.1 全文总结92-93
• 6.2 工作展望93-94
• 参考文献94-96
• 致谢96-98
• 研究成果及发表的学术论文98-100
• 作者及导师简介100-101
• 附件101-102

【参考文献】

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本文编号：704986