自升式平台支撑升降系统结构设计研究

论文摘要

自升式平台是一种海上活动式钻井装备,目前是我国海洋油气勘探中使用最多的一种钻井平台。支撑升降系统是自升式平台的重要组成部分,其性能直接影响到平台的安全和使用效果。本文介绍了自升式平台支撑升降系统的国内外发展概况,以SUPER M2平台为参考对象对支撑升降系统进行了设计与研究。根据自升式平台支撑升降系统的设计参数及技术要求,提出了支撑升降系统的总体方案,分析计算了系统的作业环境,即所受的风力、波浪力、海流力、冰力,为支撑升降系统的设计与分析提供了必要依据。在总体方案的基础上对支撑升降系统的桩腿、桩靴、升降装置和锁紧装置等进行了详细的结构设计,完成了升降装置驱动电机的选择和电路设计,分析了锁紧装置的承载能力并设计了锁紧装置的液压回路。利用ANSYS软件完成了桩腿在着底状态下的整体强度分析、模态分析和谐响应分析；对下导向架进行了极限工况下的静力分析；对齿轮齿条传动装置进行了接触强度分析,并讨论了改善齿面接触强度和齿根弯曲强度的措施,验证了其结构设计的合理性和可靠性。对海洋环境下小齿轮的冲击载荷进行了分析仿真,并根据《海上移动平台入级与建造规范》的要求对桁架桩腿进行了冰波流载荷下的动力分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2.1 课题研究的目的
• 1.2.2 课题研究的意义
• 1.3 国外支撑升降系统的发展概况
• 1.3.1 圆柱型桩腿—单环梁液压升降装置
• 1.3.2 方壳型桩腿—双环梁液压升降装置
• 1.3.3 桁架型桩腿—齿轮齿条升降装置
• 1.4 国内支撑升降系统的发展概况
• 1.5 支撑升降系统的对比分析
• 1.5.1 桩腿结构形式对比
• 1.5.2 触底形式对比
• 1.5.3 升降装置对比
• 1.5.4 动力源对比
• 1.6 本论文的主要研究内容
• 第2章 支撑升降系统的总体方案
• 2.1 引言
• 2.2 支撑升降系统的总体方案
• 2.2.1 桩腿结构形式的选择原则
• 2.2.2 支撑升降系统的设计参数及技术要求
• 2.2.3 支撑升降系统机械本体设计
• 2.2.4 支撑升降系统的工作过程
• 2.3 自升式平台桩腿作业环境分析
• 2.3.1 风载荷
• 2.3.2 波浪载荷
• 2.3.3 海流载荷
• 2.3.4 冰载荷
• 2.4 本章小结
• 第3章 支撑升降系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 桩腿的设计及建造和安装
• 3.2.1 桩腿长度的确定
• 3.2.2 桩腿设计参数
• 3.2.3 齿条和弦杆的性能指标
• 3.2.4 桩腿的建造和安装
• 3.2.5 桩腿的防腐
• 3.3 桩靴的设计
• 3.4 升降装置的设计
• 3.4.1 升降装置的结构设计
• 3.4.2 电机的选取
• 3.4.3 齿轮减速箱设计
• 3.4.4 升降装置电路设计
• 3.5 锁紧装置设计
• 3.5.1 锁紧装置结构设计
• 3.5.2 锁紧装置承载能力分析
• 3.5.3 锁紧装置液压回路设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 支撑升降系统关键部件有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 桁架桩腿整体强度分析
• 4.2.1 有限元模型的建立
• 4.2.2 波浪入射角与相角的搜索
• 4.2.3 载荷与约束的施加
• 4.2.4 有限元结果分析
• 4.3 桩腿的模态分析
• 4.3.1 模态分析的基本概念
• 4.3.2 桩腿模态分析的频率及振型
• 4.4 桩腿的谐响应分析
• 4.5 下导向架静力分析
• 4.5.1 下导向架受力分析
• 4.5.2 下导向架有限元分析
• 4.6 小齿轮接触强度校核
• 4.6.1 小齿轮受载分析
• 4.6.2 小齿轮有限元模型的建立
• 4.6.3 约束及加载
• 4.6.4 计算结果分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 小齿轮冲击载荷及桁架桩腿动力响应分析
• 5.1 引言
• 5.2 垂荡运动产生的冲击载荷
• 5.2.1 桩腿垂荡运动分析
• 5.2.2 桩腿垂荡运动仿真
• 5.2.3 垂荡产生的冲击载荷计算
• 5.3 触底运动产生的冲击载荷
• 5.3.1 桩腿与海底碰撞模型的建立
• 5.3.2 桩腿与海底碰撞模型的分析
• 5.3.3 桩腿的触底运动仿真
• 5.3.4 触底产生的冲击载荷计算
• 5.4 桁架桩腿的动力学分析
• 5.4.1 动力响应分析的基本步骤
• 5.4.2 桁架桩腿动力响应分析结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢