隔水管柔性悬挂装置结构设计与控制策略研究摘要
隔水管是海洋深水油气勘探开发中的重要单元装备,为了提高平台应对台风等恶劣海况时隔水管的安全性,本文对平台悬挂隔水管避台撤离时隔水管的硬悬挂和软悬挂两种悬挂方式进行了深入的研究;在课题组研究工作的基础上设计了隔水管柔性悬挂装置对平台悬挂隔水管避台撤离过程中隔水管的升沉运动进行补偿。论文设计了隔水管柔性悬挂装置的整体及各个模块的结构,说明了承载板模块、运动补偿机构、导向机构三个模块的工作原理。对三个模块各个零部件的结构尺寸进行了设计计算。最后在Solidworks三维建模软件中建立了三维模型。对于形状不规则的非标准件,则将三维模型导入有限元分析软件ANSYS Workbench进行有限元静力学分析,根据分析结果对零件结构进行修改直到获得满足要求的零部件结构。在所设计隔水管柔性悬挂装置运动补偿机构结构的基础上设计了柔性悬挂装置的液压系统。设计了普通蓄能器方案、液压缸单向差动方案,分析了其可行性及优缺点。最终选择液压缸单向差动方案计算液压系统参数、对液压元件进行选型计算。论文提出了三个隔水管动载补偿控制策略,对其可行性、补偿能力、消耗功率等方面进行了分析,最终选择了补偿性能好、液压系统结构简单的背压变阻尼控制策略。最后在Simulink中建立隔水管柔性悬挂装置系统模型,通过隔水管加速度控制及活塞位移控制对隔水管的升沉运动进行补偿,调整各模块的参数,采用试探法对PID控制器参数进行整定,对设计的液压系统及控制策略进行仿真分析。通过调整蓄能器、比例节流阀、隔水管负载等模块的参数研究其对补偿性能的影响规律并分析了其内在原因,为柔性悬挂装置的参数设置做参考。
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