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![導管架調平夾持器齒形爪優(yōu)化及同步控制技術研究.pdf_第1頁](https://static.zsdocx.com/FlexPaper/FileRoot/2019-3/14/18/9a42efd4-9ab6-44fe-9b28-2317d1173c06/9a42efd4-9ab6-44fe-9b28-2317d1173c061.gif)
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文檔簡介
1、近十幾年來的全球大型油氣田勘探實踐表明,陸上油氣資源已進入“平臺期”,其產量增長幾乎接近峰值,因而各國開始走向海中取油之路,因此海洋油氣資源是未來世界油氣資源開發(fā)的重要領域。海洋油氣資源開發(fā)離不開海洋平臺,鋼質樁基導管架平臺憑借自身的諸多優(yōu)點而被廣泛應用于海洋油氣開發(fā)中。導管架安裝過程中的調平作業(yè)是影響導管架平臺海上安裝質量的關鍵環(huán)節(jié)之一,深水導管架調平需要一些特殊的機具,其中調平機具系統(tǒng)是調平作業(yè)所必需的專用液壓機具,由于其能同時完成
2、夾持和調平兩項操作,對提高安裝效率、降低海上安裝成本具有重要作用。我國在該領域的研究還處于起步階段,因此對其關鍵技術進一步研究以加快該裝備的國產化進程具有現(xiàn)實意義。
本課題來源于中國海洋石油工程股份有限公司綜合科研項目“深水導管架安裝液壓裝具研發(fā)”。本文綜述了海洋油氣平臺導管架調平作業(yè)系統(tǒng)的國內外應用現(xiàn)狀,評述了該技術的發(fā)展和需要進一步研究的問題,針對調平機具系統(tǒng)的夾持和調平作業(yè)這兩項關鍵工序,深入分析了其關鍵部件一夾持器
3、的齒形夾爪參數(shù)、管樁承載能力及調平力的關系,給出了齒形爪參數(shù)確定方法,建立了表征齒形爪參數(shù)與調平力和管樁承載力關系的數(shù)學模型,構建了齒形爪優(yōu)化的可視化仿真平臺,進一步研究了便于工程應用的長管路調平提升系統(tǒng)數(shù)學模型簡化方法及其同步控制技術。
本文根據(jù)夾持器齒形爪的受力狀態(tài),應用彈性理論推導了齒形爪截面內任意點的應力分量表達式,確定了較為合理的齒形爪結構。在此基礎上,分析了齒形爪結構參數(shù)對調平力的影響,從齒形爪和管樁材料滿足最
4、大應力條件出發(fā),提出了齒形爪結構參數(shù)的確定方法,為齒形爪系列化設計打下了基礎。
針對齒形爪結構優(yōu)化問題,采用一種數(shù)值模擬正交試驗、支持向量機回歸和改進遺傳算法的綜合優(yōu)化方法。首先確定了數(shù)值模擬正交試驗因素及各因素水平;其次根據(jù)不規(guī)則實體的多楔接觸問題解法,利用ANSYS軟件建立了齒形爪與導管樁夾持接觸的有限元模型,以齒形爪與管樁間夾持力及其應力作為試驗指標,將得到的不同因素水平組合的有限元分析結果作為訓練樣本,建立了夾持接
5、觸力、齒形爪應力和管樁應力的支持向量機回歸模型,采用另外的預測樣本對回歸模型的預測效果進行了驗證,結果證明了所建模型的合理性;最后以夾持接觸力的回歸模型為目標函數(shù),以齒形爪和管樁應力的回歸模型為約束函數(shù),采用改進的遺傳算法對齒形爪結構進行了優(yōu)化,將優(yōu)化結果與ANSYS分析結果進行了對比,結果表明兩者誤差小于1%。構建了齒形爪結構優(yōu)化可視仿真平臺,為實際工程應用提供了一種便捷設計方法。
在分析調平機具系統(tǒng)作業(yè)特點的基礎上確定
6、了系統(tǒng)管路布置形式,基于管路傳輸動力學理論,修正了長軟管的線性摩擦模型,建立了考慮管路效應的長管路電液提升系統(tǒng)數(shù)學模型,分析了管路效應對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。為解決系統(tǒng)模型參數(shù)復雜與求解困難等問題,本著構建工程適用模型的思想,本文利用管路的質量-彈簧-阻尼動力學模型,提出了一種基于模型降階法的快速建立長管路簡化模型的方法,給出了簡化模型公式,與原模型對比分析的結果表明所提出的簡化模型與原模型有很高的近似度。
對并聯(lián)長管路電液
7、提升系統(tǒng)各通道間運動耦合問題,借鑒最少相關耦合軸數(shù)控制的基本思想建立了并聯(lián)長管路環(huán)交叉耦合同步控制模型。提出了一種改進的smith滑模預估控制方法,設計了跟蹤誤差控制器,并與一種改進的PID Smith預估控制器進行了比較,仿真結果表明所提出控制方法的有效性。采用滑模變結構控制方法設計了相鄰兩通道的同步誤差控制器。將環(huán)交叉耦合控制與等同式同步控制進行了比較,結果表明了環(huán)交叉耦合控制方式應用于并聯(lián)長管路電液提升系統(tǒng)同步控制的可行性和有效性
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