采油树rov操作工具动力学及液压系统仿真分析(附件)
摘 要摘 要 采油树ROV操作工具是用于打开水下采油树阀门的一种工具，采油树在水下工作时其阀门的打开与关闭非常重要，阀门控制了油气的流向、流量、也是一种防止漏油的安全措施，由于采油树工作环境为深水区，水压较大，将工人安置在水下工作不仅安全无法保障而且成本也很高，所以就研制了采油树ROV操作工具，该工具由水下机器人带入水底，用两个软管连接油箱，首先供以一定的液压油让ROV操作工具与阀门连接扣紧，然后再经过双作用单活塞缸推动阀门的打开。本次设计采用了理论仿真和实际结合的研究方法包括了对该ROV操作工具进行液压系统设计仿真，和动力学仿真。运用Amesim软件对设计好的液压原理图进行仿真，可以得出活塞的压力（包括活塞前端和后端）、马达的力矩、流量的变化等曲线，有助于了解系统的各部分关键受力的变化，为元件的选型做好准备。运用ADAMS对系统进行动力学或者运动学仿真可以得出快速推进缸、旋转马达、主活塞缸的运动规律，包括位移、速度、加速度、角速度和角加速度等。最后之作机构的工作过程三维动画，简单明了，让读者更容易看懂ROV操作工具的三维工作过程。关键词：采油树；动力学仿真；液压系统；原理图仿真；仿真动画 目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题的来源、背景、目的和研究意义 1
1.2 国内外研究现状及存在问题 1
1.2.1 国内外的现状 1
1.2.2 存在的问题 2
1.3 主要研究内容 3
1.4 本章小结 3
第二章 理论基础 4
2.1 液压控制理论基础 4
2.1.1 流体学基础 4
2.1.2 能源装置简介 5
2.1.3 液压执行元件介绍 7
2.1.4 液压控制元件 7
2.1.5 系统的基本回路 8
2.2 ADAMS理论基础 9
2.2.1 工作环境的设置 9
2.2.2 刚性构件元素建立 11
2.2.3 编辑构件 11
2.2.4 约束的添加 13
2.3 本章小结 13
第三章 动力学特性分析 14
3.1 ROV操作工具工作过程
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
r /> 2.1.5 系统的基本回路 8
2.2 ADAMS理论基础 9
2.2.1 工作环境的设置 9
2.2.2 刚性构件元素建立 11
2.2.3 编辑构件 11
2.2.4 约束的添加 13
2.3 本章小结 13
第三章 动力学特性分析 14
3.1 ROV操作工具工作过程简介 14
3.2 ROV操作工具的模型的导入 14
3.3 模型的处理 15
3.3.1 删除多余部件 15
3.3.2 定义部件外观及属性 15
3.3.3 定义运动副 16
3.3.4 施加载荷 16
3.4 仿真设置 17
3.5 本章小结 17
第四章 液压原理的设计及AMESIM模型的建立 18
4.1 控制原理图设计 18
4.1.1 液压系统外负载特性分析 18
4.1.2 液压系统方案设计 18
4.1.3 系统原理图的绘制 18
4.1.4 设计控制电路 19
4.1.5 元件的设计计算与选型 21
4.1.6 液压能源装置的设计 21
4.2 基于AMESIM的模型建立 22
4.2.1 基本元件库介绍 22
4.2.2 快速推进缸模型 23
4.2.3 旋转马达 24
双向马达连接旋转负载模型如图49所示。 24
4.2.4 主活塞缸 24
三位四通比例换向阀连接双作用单活塞杆缸的模型如图410所示。 24
4.2.5 元件参数的设置 25
4.3 本章小结 25
第五章 仿真分析 26
5.1 基于AMESIM的液压系统仿真 26
5.1.1 主活塞机构快速推进过程 26
5.1.2 主活塞机构旋转过程 28
5.1.3 主活塞运动过程 30
5.2 基于ADAMS的动力学仿真 32
5.2.1 快速推进缸的运动仿真分析 33
5.2.2 旋转马达的运动分析 34
5.2.3 主活塞缸缸的运动仿真分析 36
5.2.4 仿真结果 37
5.2.5 本章小结 38
总 结 39
致 谢 40
参 考 文 献 41
第一章 绪论
1.1 选题的来源、背景、目的和研究意义
目前我国在深海油气开发已向前迈出巨大的一步，我国首座自主设计建造的3000m深水钻井平台“海洋石油981”开启了深水油气开采之路，但是与之相配套的水下生产系统的研发却变得迫在眉睫。经过多年的研发和工程经验积累，世界海洋工程大国，比如美国、巴西等已经掌握了水下生产系统的关键技术。针对这种情况，国家重视深海油气开采的发展战略需求，对深海油气开采投入巨大的资金与技术，使我国突破国外对深海采油技术的垄断创造条件。形成具有自主知识产权的水下生产配套装备，掌握水下采油树操作工具，用于打开采油树阀门有重大意义。
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，推动海洋资源开发和海洋经济发展，促进我国海洋工程装备的发展，具有战略性意义。
1.2 国内外研究现状及存在问题
1.2.1 国内外的现状
国内目前采用的水下生产配套装备来自于国外水下生产设备商的租赁，没有形成自己的相关产品，具体技术目前处于研发初阶段，国外公司在水下生产配套装备上具有先进技术，在水下采油树树体下放装置时间方面，国外控制时间基本在8个小时左右，在下放重量方面，水下采油树质量在37T左右，下放装置最大下放重量45T。在导向基座下放时间上，国外导向基座下放时间控制在6个小时之内。在井口连接器的抗弯能力上，由于材料的加工等困难，导致国内的井口连接器的抗弯性能相对于国外较低，本项目研发的井口连接器抗弯能力较国内的提升10%达到1000000Nm,但是相对于国外的抗弯能力还有一定的差距。线性覆盖装置，国内操作压力集中在5000 PSI，而国外则达到7000 PSI，基本达到国外操作压力水平。
从国外竞争者分析来看，大致情况如下：水下生产配套装置的制造商主要有Aker Kraemer Subsea、Cameron、DresserRand、DrillQuip、FMC Technologies、National Oilwell Varco、Seaboard International、Vetco Gray、Anson、Wood Group Weatherford等公司。目前,全球的水下生产配套装置主要被FMC、Cameron、Vetco Gray和 Aker Kraemer S
第一章 绪论 1
1.1 选题的来源、背景、目的和研究意义 1
1.2 国内外研究现状及存在问题 1
1.2.1 国内外的现状 1
1.2.2 存在的问题 2
1.3 主要研究内容 3
1.4 本章小结 3
第二章 理论基础 4
2.1 液压控制理论基础 4
2.1.1 流体学基础 4
2.1.2 能源装置简介 5
2.1.3 液压执行元件介绍 7
2.1.4 液压控制元件 7
2.1.5 系统的基本回路 8
2.2 ADAMS理论基础 9
2.2.1 工作环境的设置 9
2.2.2 刚性构件元素建立 11
2.2.3 编辑构件 11
2.2.4 约束的添加 13
2.3 本章小结 13
第三章 动力学特性分析 14
3.1 ROV操作工具工作过程
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
r /> 2.1.5 系统的基本回路 8
2.2 ADAMS理论基础 9
2.2.1 工作环境的设置 9
2.2.2 刚性构件元素建立 11
2.2.3 编辑构件 11
2.2.4 约束的添加 13
2.3 本章小结 13
第三章 动力学特性分析 14
3.1 ROV操作工具工作过程简介 14
3.2 ROV操作工具的模型的导入 14
3.3 模型的处理 15
3.3.1 删除多余部件 15
3.3.2 定义部件外观及属性 15
3.3.3 定义运动副 16
3.3.4 施加载荷 16
3.4 仿真设置 17
3.5 本章小结 17
第四章 液压原理的设计及AMESIM模型的建立 18
4.1 控制原理图设计 18
4.1.1 液压系统外负载特性分析 18
4.1.2 液压系统方案设计 18
4.1.3 系统原理图的绘制 18
4.1.4 设计控制电路 19
4.1.5 元件的设计计算与选型 21
4.1.6 液压能源装置的设计 21
4.2 基于AMESIM的模型建立 22
4.2.1 基本元件库介绍 22
4.2.2 快速推进缸模型 23
4.2.3 旋转马达 24
双向马达连接旋转负载模型如图49所示。 24
4.2.4 主活塞缸 24
三位四通比例换向阀连接双作用单活塞杆缸的模型如图410所示。 24
4.2.5 元件参数的设置 25
4.3 本章小结 25
第五章 仿真分析 26
5.1 基于AMESIM的液压系统仿真 26
5.1.1 主活塞机构快速推进过程 26
5.1.2 主活塞机构旋转过程 28
5.1.3 主活塞运动过程 30
5.2 基于ADAMS的动力学仿真 32
5.2.1 快速推进缸的运动仿真分析 33
5.2.2 旋转马达的运动分析 34
5.2.3 主活塞缸缸的运动仿真分析 36
5.2.4 仿真结果 37
5.2.5 本章小结 38
总 结 39
致 谢 40
参 考 文 献 41
第一章 绪论
1.1 选题的来源、背景、目的和研究意义
目前我国在深海油气开发已向前迈出巨大的一步，我国首座自主设计建造的3000m深水钻井平台“海洋石油981”开启了深水油气开采之路，但是与之相配套的水下生产系统的研发却变得迫在眉睫。经过多年的研发和工程经验积累，世界海洋工程大国，比如美国、巴西等已经掌握了水下生产系统的关键技术。针对这种情况，国家重视深海油气开采的发展战略需求，对深海油气开采投入巨大的资金与技术，使我国突破国外对深海采油技术的垄断创造条件。形成具有自主知识产权的水下生产配套装备，掌握水下采油树操作工具，用于打开采油树阀门有重大意义。
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，推动海洋资源开发和海洋经济发展，促进我国海洋工程装备的发展，具有战略性意义。
1.2 国内外研究现状及存在问题
1.2.1 国内外的现状
国内目前采用的水下生产配套装备来自于国外水下生产设备商的租赁，没有形成自己的相关产品，具体技术目前处于研发初阶段，国外公司在水下生产配套装备上具有先进技术，在水下采油树树体下放装置时间方面，国外控制时间基本在8个小时左右，在下放重量方面，水下采油树质量在37T左右，下放装置最大下放重量45T。在导向基座下放时间上，国外导向基座下放时间控制在6个小时之内。在井口连接器的抗弯能力上，由于材料的加工等困难，导致国内的井口连接器的抗弯性能相对于国外较低，本项目研发的井口连接器抗弯能力较国内的提升10%达到1000000Nm,但是相对于国外的抗弯能力还有一定的差距。线性覆盖装置，国内操作压力集中在5000 PSI，而国外则达到7000 PSI，基本达到国外操作压力水平。
从国外竞争者分析来看，大致情况如下：水下生产配套装置的制造商主要有Aker Kraemer Subsea、Cameron、DresserRand、DrillQuip、FMC Technologies、National Oilwell Varco、Seaboard International、Vetco Gray、Anson、Wood Group Weatherford等公司。目前,全球的水下生产配套装置主要被FMC、Cameron、Vetco Gray和 Aker Kraemer S
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