顶张紧式立管冲程能力分析及相关参数研究

发布时间：2020-10-26 16:25

　　 海洋立管是连接海上浮式生产设施和海底井口的重要部件。上部浮式生产设施在风、浪、流的作用下会偏离其原来的平衡位置并产生升沉运动,导致立管与平台之间发生垂向的相对运动,称为立管的冲程运动。张紧器系统的作用就是要控制立管和浮式结构物间的相对运动,补偿立管与平台之间的冲程值。本文依托国家863项目子课题“顶张紧式立管(TTR)设计与安装关键技术研究”,针对一种适用于张力腿平台(TLP)的顶张紧式立管(TTR),研究立管冲程运动的计算方法及其敏感性因素的影响,并利用专业软件Orcaflex对其进行数值仿真计算。 本文在综述张紧器系统的主要结构组成和工作原理的基础上,对影响立管冲程能力的因素以及立管冲程的计算方法进行了归纳和总结。计算了一年一遇季风及百年一遇台风环境条件下立管的冲程能力,给出了张紧器冲程的选用范围；并讨论了不同的张紧力施加方式：施加恒定张紧力、线性变化张紧力以及非线性变化张紧力对立管冲程计算结果的影响,进而给出了合理的张紧器模拟方式。根据得到的计算结果,进一步分析了立管冲程对张紧器系统各参数变化的敏感性程度,包括液压系统的气体常数,张紧器的初始储气长度,张紧器液压缸夹角等；最后通过系列计算说明了张紧器系统在立管干涉中起到的作用,为实际工程操作提供了一定的参考。 通过以上的分析计算,得到了如下结果与结论：总结了立管冲程能力分析及计算方法；采用不同方式模拟张紧器系统会对立管冲程计算的结果造成很大影响；采用非线性弹簧模拟张紧器系统是目前较为合理的做法；液压张紧器内的气体性质、张紧器初始储气长度、张紧器液压缸与垂直方向的夹角、管体内容物密度以及平台水平偏移运动对张紧器的张紧力数值均会产生重要影响；当张紧器的一个液压缸失效后,其余液压缸应相应调整各自张紧力以保证张紧器系统不发生失效；保证相邻立管的张紧器外伸量相同以及增加张紧器刚度可以有效缓和立管的干涉效应,保证立管系统的安全工作。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2011
【中图分类】：P756.2
【部分图文】：

Fig.2.1Sehematiediagramofthetensionersystem控制系统统组成器系统的目的是为立管系统提供顶张紧力并补偿平台与立器控制系统中，主要涉及以下几部分内容:响应:包括风、浪和流的作用。流剖面对立管变形产生影平台:TLP平台运动取决于环境条件，同样要考虑风、浪系统:立管系统的运动不但取决于平台运动，还与流剖面运动和立管运动相互独立。器:即立管的张紧器系统和部分执行单元。通过增加或降而达到张紧和放松立管的目的，进而控制立管的侧向挠曲。单元:控制单元中的测量单元可以测量流剖面、平台运动、、张紧力和张紧器外伸量。

系统中的制动器即为立管张紧器系统，其作用是为立管系统提供张紧力，同时承受立管载荷并将其传递到平台上，以保证立管结构的安全。在立管正常操作情况下，张紧力的获得需独立于平台运动。平台受风浪流等环境条件作用会使立管产生运动，从而影响立管的张紧力。流载荷，风载荷和二阶低频波浪力会导致平台产生水平运动，并在偏移位置处产生下沉。立管的波频振动是由一阶波浪力引起的。补偿平台与立管之间相对垂向运动的量称为垂荡补偿量。2.2.2张紧器的补偿形式张紧器的补偿形式通常分为以下三种类型:被动补偿、主动补偿以及主被动联合补偿。垂荡补偿系统存在的目的是使立管系统保证其张紧力不受平台垂向运动的影响，即使立管的张紧力保持一个近似恒定的数值。被动补偿系统可以用弹簧一阻尼系统进行描述，在操作过程中不需要额外能量输入。大部分被动垂向补偿系统采用液压一气压传动装置，载荷由内部液体体积作用在活塞上产生的压力来平衡。被动式的垂向运动补偿器主要分为以下两种类型:

传统钢丝绳式张紧器通过钢丝绳及滑轮组将张紧系统的升沉补偿行程增大为液压缸行程的数倍(即滑轮组的倍率)。由于液压缸的缸体尺寸相对较小，故可配置多对张紧器。传统钢丝绳式张紧器系统如图2.3所示。
【参考文献】

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1 赵建亭;薛颖;潘云;程峰;;浮式钻井装置隔水管张紧系统研究[J];上海造船;2010年04期

2 王定亚;李爱利;;海洋钻井隔水管系统配套技术研究[J];石油矿场机械;2010年07期

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1 高峰;超深水顶端张紧式钻井隔水管结构与VIV疲劳分析[D];哈尔滨工程大学;2010年

本文编号：2857229