采油树rov操作工具疲劳寿命及影响因素分析
摘 要摘 要 采油树是海洋油气田开发中的重要单元装备,也是水下生产系统的关键设备。采油树由于化合物的生成会导致管道的堵塞，因此要对采油树进行修井操作。而在修井过程中需要对水下采油树阀门进行打开/关闭。这个过程就需要用到采油树ROV操作工具。ROV工具是一个频繁使用的工具，要求其具有操作压力大且对水下ROV动作要求低的特点，且具有机械和液压同时锁紧的能力，因此对操作工具的疲老寿命和影响因素分析就显得尤为重要了。 采用Abaqus对采油树进行有限元分析，从solidworks导入模型，对其中关键的工件进行分析。分析工况选择ROV工具打开/关闭阀门作为最危险工况。得出的结果导入到femfat中进行疲劳分析得出工件的疲劳寿命。并结合得出的结果分析影响疲劳寿命的因素。关键词：海底采油树；ROV操作工具；有限元分析；疲劳寿命及影响因素； 目 录
第一章 绪 论 1
1.1 立题的来源，目的和意义 1
1.2 研究现状 2
1.3本文的研究内容和目标 3
1.4 本章小结 5
第二章 疲劳强度理论 6
2.1 疲劳寿命理论 6
2.2 名义应力法 6
2.3 局部应力应变法 7
2.4 应力场强度法 8
第三章 关键零部件的有限元分析 12
3.1 活塞缸的有限元分析 12
3.1.1 活塞缸模型导入 12
3.1.2 活塞缸模型材料的赋予 13
3.1.3 活塞缸装配、分析步的设定、载荷和约束条件的添加 14
3.1.4 活塞缸网格的划分 15
3.1.5 活塞缸的分析设定及分析结果 17
3.2 活塞杆的有限元分析 18
3.2.1 活塞杆的载荷和约束条件的添加 18
3.2.2 活塞杆的网格划分 19
3.2.3 活塞杆的有限元分析结果 20
3.3 小型活塞缸的有限元分析 21
3.3.1 小活塞缸的载荷和约束条件的添加 21
3.3.2 小活塞缸的网格划分 22
3.3.3 小活塞缸的有限元分析结果
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分析 18
3.2.1 活塞杆的载荷和约束条件的添加 18
3.2.2 活塞杆的网格划分 19
3.2.3 活塞杆的有限元分析结果 20
3.3 小型活塞缸的有限元分析 21
3.3.1 小活塞缸的载荷和约束条件的添加 21
3.3.2 小活塞缸的网格划分 22
3.3.3 小活塞缸的有限元分析结果 23
3.4 星形花盘的有限元分析 24
3.4.1 星形花盘的载荷和约束条件的添加 24
3.4.2 星形花盘的网格划分 25
3.4.3 星形花盘的有限元分析结果 26
3.5 传动轴的有限元分析 26
3.5.1 传动轴的载荷和约束的添加 27
3.5.2 传动轴的网格划分 28
3.5.3 传动轴的有限元分析结果 29
3.6 本章小结 29
第四章 关键零部件的改进 31
4.1 活塞杆的改进 31
4.2 星形花盘的改进 31
4.3 本章小节 32
第五章 关键零部件的疲劳寿命分析 33
5 .1 活塞缸的疲劳寿命分析 33
5.1.1 有限元分析结果的导入 33
5.1.2 选择分析的组 33
5.1.3 创建应力 34
5.1.4 创建材料 34
5.1.5 对损伤值定义载荷谱 35
5.1.6 赋予节点和单元材料 35
5.1.7 选择影响因素 35
5.1.8 活塞缸的疲劳分析的结果 36
5 .2 其它四个零部件的疲劳寿命分析 37
5.2.1 各个零件的应力图 37
5.2.2 活塞杆的疲劳分析结果 39
5.2.3 小活塞缸的疲劳分析结果 40
5.2.4 星形花盘的疲劳分析结果 41
5.2.5 传动轴的疲劳分析结果 42
5.3 本章小结 43
第六章 影响疲劳因素的分析 44
6.1 材料对疲劳寿命的影响 44
6.2 温度对疲劳寿命的影响 45
6.3 工作状况对疲劳寿命的影响 46
6.4 本章小结 48
总结 49
致 谢 50
参 考 文 献 51
第一章 绪 论
1.1 立题的来源，目的和意义
水下井口和采油装备是水下生产系统的关键设备，在海洋油气田开发中更是非常重要单元装备。受西方发达国家长期以来对水下井口和采油装备的技术垄断和高技术、高风险及高价位等多方面要素的影响,许多发展中国家当然包含我国在内只能依赖于进口以施行海洋油气田的开发建立。这使得海洋油气资源的开采资本添加很多,并且往往由于为受交货期、效能和配件供给等要素制约,所以严重影响了我国海洋油气资源的开发进度。为了加快我国海洋油气的开采力度,2010年1月,国家科技部组织我国海洋范围技术专家和相关企业及研讨单位等在北京召开了我国十二五海洋技术领域年度大会,这种种迹象表明，在未来来,海洋水下井口和采油装备等肯定成为重点研发指标[]。
通过研发水下采油树及装配等关键技术，突破国外技术封锁，形成具有自主知识产权的水下采油树系统[]。掌握先进的深水采油技术，能够缓解我国能源危机、带来巨大经济利益。同时对水下采油树系统及装配的设备研发，打破国外垄断，形成国产化的水下采油树系统装备[]。加快发展海洋工程装备制造业，推进海洋资源开发和海洋经济发展，促成我国海洋工程装备的开展，具有战略性意义[]。
水下采油树由于化合物的生成会导致管道的堵塞，因此需要对采油树系统进行修井操作。而在修井过程中需要对水下采油树阀门进行打开/关闭。目前国内外的线性覆盖装置及线性锁定装置操作过程较繁琐、操作压力较小且对水下ROV的操作要求较高。本项目研发的线性覆盖装置及线性锁定装置，具有操作过程简单，操作压力大且对水下ROV动作要求低的特点，且具有机械和液压同时锁紧的能力。同时对线性覆盖装置及线性锁定装置的制造与测试技术的研发，将会提高难加工材料的加工技术及深海装备的测试技术的能力。
本项目研发的线性覆盖装置快速对接技术，通过快速对接装置，使主活塞缸移动至阀门口，再通过动力旋转机构进行旋转锁定，实现线性覆盖装置快速平稳的运行，提高了其ROV操作友好性。
1.2 研究现状
线性覆盖装置及线性锁定装置是水下生产系统修井/完井必不可少的工具之一，其主要功能是打开/关闭水下采油树阀门，并保证采油树阀门的打开/关闭状态，线性覆盖装置主要包括动力机构、主活塞缸机构等，其中动力机构中的快速对接技术是本装置的较为创新的地方之一，线性锁定装置，主要功能实现机械式的锁定水下阀门阀芯的位置，保证阀门的操作状态。
水下生产配套装置是开发深水油气田的重要安装，我国在“十一五”时期就将其列入“863”方案，同时“十二五”国度海洋
第一章 绪 论 1
1.1 立题的来源，目的和意义 1
1.2 研究现状 2
1.3本文的研究内容和目标 3
1.4 本章小结 5
第二章 疲劳强度理论 6
2.1 疲劳寿命理论 6
2.2 名义应力法 6
2.3 局部应力应变法 7
2.4 应力场强度法 8
第三章 关键零部件的有限元分析 12
3.1 活塞缸的有限元分析 12
3.1.1 活塞缸模型导入 12
3.1.2 活塞缸模型材料的赋予 13
3.1.3 活塞缸装配、分析步的设定、载荷和约束条件的添加 14
3.1.4 活塞缸网格的划分 15
3.1.5 活塞缸的分析设定及分析结果 17
3.2 活塞杆的有限元分析 18
3.2.1 活塞杆的载荷和约束条件的添加 18
3.2.2 活塞杆的网格划分 19
3.2.3 活塞杆的有限元分析结果 20
3.3 小型活塞缸的有限元分析 21
3.3.1 小活塞缸的载荷和约束条件的添加 21
3.3.2 小活塞缸的网格划分 22
3.3.3 小活塞缸的有限元分析结果
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分析 18
3.2.1 活塞杆的载荷和约束条件的添加 18
3.2.2 活塞杆的网格划分 19
3.2.3 活塞杆的有限元分析结果 20
3.3 小型活塞缸的有限元分析 21
3.3.1 小活塞缸的载荷和约束条件的添加 21
3.3.2 小活塞缸的网格划分 22
3.3.3 小活塞缸的有限元分析结果 23
3.4 星形花盘的有限元分析 24
3.4.1 星形花盘的载荷和约束条件的添加 24
3.4.2 星形花盘的网格划分 25
3.4.3 星形花盘的有限元分析结果 26
3.5 传动轴的有限元分析 26
3.5.1 传动轴的载荷和约束的添加 27
3.5.2 传动轴的网格划分 28
3.5.3 传动轴的有限元分析结果 29
3.6 本章小结 29
第四章 关键零部件的改进 31
4.1 活塞杆的改进 31
4.2 星形花盘的改进 31
4.3 本章小节 32
第五章 关键零部件的疲劳寿命分析 33
5 .1 活塞缸的疲劳寿命分析 33
5.1.1 有限元分析结果的导入 33
5.1.2 选择分析的组 33
5.1.3 创建应力 34
5.1.4 创建材料 34
5.1.5 对损伤值定义载荷谱 35
5.1.6 赋予节点和单元材料 35
5.1.7 选择影响因素 35
5.1.8 活塞缸的疲劳分析的结果 36
5 .2 其它四个零部件的疲劳寿命分析 37
5.2.1 各个零件的应力图 37
5.2.2 活塞杆的疲劳分析结果 39
5.2.3 小活塞缸的疲劳分析结果 40
5.2.4 星形花盘的疲劳分析结果 41
5.2.5 传动轴的疲劳分析结果 42
5.3 本章小结 43
第六章 影响疲劳因素的分析 44
6.1 材料对疲劳寿命的影响 44
6.2 温度对疲劳寿命的影响 45
6.3 工作状况对疲劳寿命的影响 46
6.4 本章小结 48
总结 49
致 谢 50
参 考 文 献 51
第一章 绪 论
1.1 立题的来源，目的和意义
水下井口和采油装备是水下生产系统的关键设备，在海洋油气田开发中更是非常重要单元装备。受西方发达国家长期以来对水下井口和采油装备的技术垄断和高技术、高风险及高价位等多方面要素的影响,许多发展中国家当然包含我国在内只能依赖于进口以施行海洋油气田的开发建立。这使得海洋油气资源的开采资本添加很多,并且往往由于为受交货期、效能和配件供给等要素制约,所以严重影响了我国海洋油气资源的开发进度。为了加快我国海洋油气的开采力度,2010年1月,国家科技部组织我国海洋范围技术专家和相关企业及研讨单位等在北京召开了我国十二五海洋技术领域年度大会,这种种迹象表明，在未来来,海洋水下井口和采油装备等肯定成为重点研发指标[]。
通过研发水下采油树及装配等关键技术，突破国外技术封锁，形成具有自主知识产权的水下采油树系统[]。掌握先进的深水采油技术，能够缓解我国能源危机、带来巨大经济利益。同时对水下采油树系统及装配的设备研发，打破国外垄断，形成国产化的水下采油树系统装备[]。加快发展海洋工程装备制造业，推进海洋资源开发和海洋经济发展，促成我国海洋工程装备的开展，具有战略性意义[]。
水下采油树由于化合物的生成会导致管道的堵塞，因此需要对采油树系统进行修井操作。而在修井过程中需要对水下采油树阀门进行打开/关闭。目前国内外的线性覆盖装置及线性锁定装置操作过程较繁琐、操作压力较小且对水下ROV的操作要求较高。本项目研发的线性覆盖装置及线性锁定装置，具有操作过程简单，操作压力大且对水下ROV动作要求低的特点，且具有机械和液压同时锁紧的能力。同时对线性覆盖装置及线性锁定装置的制造与测试技术的研发，将会提高难加工材料的加工技术及深海装备的测试技术的能力。
本项目研发的线性覆盖装置快速对接技术，通过快速对接装置，使主活塞缸移动至阀门口，再通过动力旋转机构进行旋转锁定，实现线性覆盖装置快速平稳的运行，提高了其ROV操作友好性。
1.2 研究现状
线性覆盖装置及线性锁定装置是水下生产系统修井/完井必不可少的工具之一，其主要功能是打开/关闭水下采油树阀门，并保证采油树阀门的打开/关闭状态，线性覆盖装置主要包括动力机构、主活塞缸机构等，其中动力机构中的快速对接技术是本装置的较为创新的地方之一，线性锁定装置，主要功能实现机械式的锁定水下阀门阀芯的位置，保证阀门的操作状态。
水下生产配套装置是开发深水油气田的重要安装，我国在“十一五”时期就将其列入“863”方案，同时“十二五”国度海洋
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