海底管道水平铺设系统样机结构设计文档格式.doc
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学号09071404
密级
Thedesignoftheprototypestructureofhorizontallayingsystemforsubseapipeline
学生姓名：
所在学院：
机电工程学院
所在专业：
机械设计制造及其自动化
指导教师：
张忠林
职称：
副教授
所在单位：
论文提交日期：
2013年6月13日
论文答辩日期：
2013年6月22日
学位授予单位：
摘要
随着社会的发展与科技的进步，油气资源的开发已从陆地转向海洋，在海上开采出的石油主要依靠管道进行运输，海底管道铺设技术在油气运输中的作用越来越突出。
海底管道水平铺设系统样机结构设计为实际工程样机设计打基础，用来验证实际管道铺设过程的校直、横张力和止动等关键技术。
海底管道水平铺设系统是一种适用于海洋柔性软管铺设的机械系统。
当海底管道水平铺设系统在进行铺设时，软管从卷筒上退卷绕，通过弯管器对管道的位置及曲率进行初步调整，再通过校直器对管道进行校直，最终由张紧器进行夹持管道，进行铺管作业。
本文介绍了当前柔性铺管系统的发展状况，通过对柔性铺管系统的整体研究，确定了海底管道水平铺设系统的组成：
卷筒、弯管器、校直器、张紧器、止动器。
对弯管器与校直器进行选型，使之符合工作要求；
对卷筒、张紧器以及止动器依据设计要求进行了设计。
对卷筒、张紧器、止动器的主要零部件进行设计、受力分析和强度校核，对提供驱动力的张紧器以及制动器的液压缸进行了计算和校核。
关键词：
海底管道水平铺设系统；
结构设计；
强度校核
Abstract
Withthesocialdevelopmentandhumanprogressofscienceandtechnology,growingdemandforoilandgasresourcedevelopmentinrecentyearshasshiftedfromlandtosea.Offshoreoilmainlyrelyonpipelinesfortransport,layingofsubmarinepipelinestechnologyintheoilandgastransportationplayaprominentrole.Theprototypestructureofhorizontallayingsystemforsubseapipelinedesignfortheactualengineeringprototype,theprocessusedtoverifytheactualpipestraightening,transversetension,thestopperandotherkeytechnologies.Theprototypestructureofhorizontallayingsystemforsubseapipelineisaflexiblepipeformarinelayingmechanicalsystems.
Whentheprototypestructureofhorizontallayingsystemforsubseapipelinelayingpipebackfromthereel,thelocationandcurvatureofpipelineisinitiallyadjustedbybendingdevice,afterthatpipelinestraightenerstraightthepipeline,thetensionerclampspipesforpipelayingoperationsfinally.
Thispaperdescribesthecurrentdevelopmentstatusofflexiblepipelayingsystems,throughtheflexiblepipelayingsystem'
soverallstudy,wedeterminethattheprototypestructureofhorizontallayingsystemforsubseapipelineconsistsofreel,bendingdevice,straightener,tensionerandstopper.Weselectthetypeofbendingdevice,andstraightener,tofulfilltheneedofjobrequirements;
Wedesignthereel,tensionersandstopperaccordingtotherequirements.Themaincomponentsaredesigned,stressanalysisandstrengthchecking.Andtensionerandbrakecylinderswerecalculatedandchecked.
Keywords:
horizontallayingofsubmarinepipelinesystems;
structuraldesign;
strengthcheck
目录
第1章绪论 1
1.1海底管道铺设的概念 1
1.2海底管道水平铺设系统研究的目的和意义 1
1.3海底管道铺设方法分类 1
1.3.1“S”型铺管法 1
1.3.2“J”型铺管法 2
1.3.3拖拽式铺管法 3
1.3.4卷管式铺管法 4
1.4海底管道铺设方法的比较 5
1.5目前国内外水平和发展状况 5
1.6论文研究的主要内容 8
第2章总体方案设计 10
2.1引言 10
2.1.2柔性软管简介 11
2.2总体方案 12
2.3铺管过程 13
2.4软管铺设驱动系统 14
2.5本章小结 14
第3章卷筒的结构设计 15
3.1引言 15
3.2卷筒结构尺寸的计算 16
3.3卷筒轴的强度校核 17
3.4轴承的选择 19
3.5本章小结 19
第4章弯管器与校直器的选型 20
4.1弯管器 20
4.1.1弯管器作用及原理 20
4.1.2弯管器的选型 21
4.2校直器 21
4.2.1校直器的作用 21
4.2.2校直器原理 21
4.2.3校直器的选型 22
4.3本章小结 22
第5章张紧器结构设计 23
5.1张紧器的结构 23
5.2张紧器机构的设计 24
5.2.1导轨的设计 24
5.2.2张紧器张紧方式的分析 25
5.2.3张紧器张紧方式的选择 25
5.3履带机构的设计 26
5.3.1履带板的设计 26
5.3.2履带板结构尺寸的计算 28
5.3.3履带链轮的设计 29
5.4液压马达的选择 30
5.4.1液压马达参数的确定 30
5.4.2液压马达型号的确定 31
5.5箱体、底座和安装台的设计 31
5.5.1箱体的结构设计 31
5.5.2底座的设计 32
5.5.3安装台的设计 33
5.5.4箱体、底座、安装台的安装 33
5.6本章小结 33
第6章止动器的结构设计 35
6.1止动器结构设计及计算 35
6.1.1挤压板的设计 35
6.1.2止动器受力分析及计算 36
6.2本章小结 37
第7章液压缸的选用与校核 39
7.1主张进液压缸的设计和计算 39
7.1.1液压缸内径计算 39
7.1.2活塞杆直径的计算 40
7.2止动器液压缸的计算与校核 42
7.2.1液压缸内径的计算 42
7.1.2活塞杆直径的计算 42
7.3本章小结 43
结论 44
参考文献 45
攻读学士期间发表的论文和取得的科研成果 47
致谢 48
第1章绪论
第1章绪论
1.1海底管道铺设的概念
运用一定的结构与相应的控制系统将用于信息的传输或者输送的管道放置到指定的位置的铺设系统称为管道铺设系统。
能将柔性软管放置到指定位置，管道本身有具有柔性，能适用于深海又可适用于浅海的柔性软管铺设系统称之为海底柔性管道铺设系统。
海底管道铺设系统具有作业效率高、对作业环境有较好的适应性、铺设深度范围较广、柔性软管不需焊接、铺管作业准备时间短等一系列优点，是一种具有广阔前景和急需推广的管道铺设装置
[1]
。
1.2海底管道水平铺设系统研究的目的和意义
管道运输是油气运输的方式中最快捷、可靠、经济的，是油气运输主要方式.从1954年在美国的墨西哥湾由Brown&
Root海洋工程公司铺设了世界上第一条海底管道，人们已经在全球各不同近海和远海海域成功铺设了近两万公里各种类型、管径的海底管道.海底管道铺设技术发展速度之迅速由此可见一斑。
铺管技术随着海域水深的加深也相应得到了大发展.海底管道铺设系统的研制可以满足我国深海油气田开发工程的需要，填补国内相关领域的空白，提高我国在深海管道铺设领域的技术水平，促进我国深海油气资源的开发利用。
海底软管管道的铺设是深海石油资源开发的基础装备，软管铺设系统是用于海底输油软管铺设的专用设备。
1.3海底管道铺设方法分类
由于铺管船的适应性强，机动性好，且施工工艺已趋于成熟，是目前世界上使用最广泛的一种方法之一，铺管船在近些年得到了大力发展.随着各种类型的具有高技术高附加值的海底铺管船的设计研发，铺管船的高效性、结构的安全性与经济性，舾装配件布局的合理性等方面引起了研发人员和各国船厂的重视。
到目前为止，结合国内外的铺管实际经验，主要的铺管方式有：
“S”型铺管法，“J”型铺管法，拖拽式铺管法，卷管式铺
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