全电式水下控制模块研究及实验测试

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文全电式水下控制模块研究及实验测试硕士研究生：张驰指导教师：贾鹏副教授学科、专业：机械工程论文主审人：王立权教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文全电式水下控制模块研究及实验测试硕士研究生:张驰指导教师:贾鹏副教授学位级别:工学硕士学科、专业:机械工程所在单位:机电工程学院论文提交日期:2018年3月论文答辩日期:2018年3月学位授予单位:哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearcha

2、ndExperimentalTestofElectricSubseaControlModuleCandidate:ZhangChiSupervisor:Prof.JiaPengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringDateofSubmission:Mar,2018DateofOralExamination:Mar,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文

3、的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或

4、全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日全电式水下控制模块研究及实验测试摘要水下生产系统是海洋油气开发的重要生产方式，其中全电式水下生产系统具有响应速度快，功耗小，成本低，扩展性强，零排放等优点，更适应于深水环境下的油气

5、井开发，是未来海洋油气开发的重要方向。全电式水下控制模块是全电式水下生产系统的核心装备，本课题研制出国内首台500米水深全电式水下控制模块原理样机。本论文完成了全电式水下控制模块总体方案设计与结构研究，搭建了双冗余控制系统，并完成了全电式水下控制模块原理样机的实验研究，具体完成的工作如下：在分析了全电式水下控制系统工作原理的基础上，提出了全电式水下控制模块的设计要求以及性能指标，完成了全电式水下控制模块机械结构及电气系统的总体方案设计。完成了耐压壳体、对接锁紧机构、水下ROV操作电连接器的结构研究。针对水下电子模块及驱动箱，采用有限元法完成了二者的温度场分析

6、、耐压壳体强度及稳定性分析。完成了锁紧机构的结构设计，通过对锁紧过程的力学分析和锁紧块、剪断销的ANSYS仿真，完成了锁紧块斜面接触强度与剪断销剪切强度分析。完成了对接盘的布局设计，确定了对接盘上电连接器布置方式，完成了对中精度的计算及对接盘的ANSYS应力应变分析，保证了对接盘上电连接器的安全稳定插拔。提出了水下ROV操作电连接器设计要求及性能指标，完成了整体结构设计。提出了基于滑销套管式动密封结构和锁紧钩解锁环式插拔结构，实现了电连接器的水下ROV操作带电插拔。依据线弹性理论，完成了水下ROV操作电连接器在插拔过程中锁紧机构力学模型的建立与插拔力的分析。

7、采用变形能法完成了插拔过程中锁紧环与锁紧钩形变与力的分析，通过理论推导得到了插拔力与锁紧钩形变量的关系式，得到了插拔力的最大值。通过对水下ROV操作电连接器的模型简化，完成了温度场的数值模拟，得到了接触电阻与环境温度对水下ROV操作电连接器温度场的影响。针对双冗余控制系统的特点，对水下电子模块控制模块与控制电路进行了详细设计。硬件上两套水下电子模块系统热备份方式，采用软硬件可剪裁的PC104板卡技术完成了双冗余控制系统的硬件搭建，实现了控制系统的功能冗余化，采用冗余供电技术实现了电力输送的冗余化，极大的提高了水下控制系统的可靠性与稳定性；基于Vxworks嵌

8、入式实时操作系统，完成了水下电子模块多任务程序设计，