新型深水立管悬挂装置减振及疲劳抑制效果分析-论文.pdf

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1、2014正第43卷石油矿场机械第1期第1页oILFIELDEQUIPMENT2O14，43(1)：1-6Oo文章编号：1001—3482(2014)01-0001—06新型深水立管悬挂装置减振及疲劳抑制效果分析郭磊钆，段梦兰，张新虎，张玉，汤珂．u，杨磊．b(中国石油大学(北京)a．机械与储运工程学院；b．海洋油气研究中心，北京102249)摘要：研究了工作水深1000m的钢悬链线立管动力特性及其悬挂端的疲劳寿命特征，并提出一种减缓立管振动和提高立管悬挂端疲劳寿命的方法。设计了一种新型的立管悬挂装置，该悬挂装置采用与陀螺仪类

2、似的多环万向节结构。计算后对比发现：设计的立管悬挂装置不但可以降低立管的振动频率和振动幅值，消除悬挂端的应力集中，还能明显提高立管的疲劳寿命；新型悬挂装置可以使前25阶振动频率平均降低到原来的4．55，最大振幅平均减小到原来的5．O7；同种工况下，立管的最大弯曲应力减少了1．3×10Pa，疲劳寿命提高到原来的3．4倍。关键词：立管；悬挂装置；振动；应力分析；疲劳寿命中图分类号：TE973．9文献标识码：AEffectivenessAnalysisaboutVibrationSuppressionandFatigueReduc

3、tionofaNewHangingSupportforDeep—waterRisersGUOLei～，DUANMeng—lan～，ZHANGXin—hu，ZHANGYu，TANGKe～，YANGLei(d．CollegeofMechanicalandTransportationEngineering；b．OffshoreOil&GasResearchCenter，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China)Abstract：Thedynamicsof1000mdeepwate

4、rsteelcatenaryriser(SCR)andapreventionmethodoffatiguefailureaboutriser’shangingendaremainlyelaboratedinthispaper．AsupportdevicewasdesignedforthehangingendofSCR，whichprovidesmoredegreesoffreefortheconnectionofariserandplatform．Calculationwasdonetocomparethevibration

5、frequency，vibrationampli—tude，maximumstressandfatiguelifebetweentraditionalhangingdeviceandnewlydesignedhangingsupportforSCRs．Calculationresultsshowedthattheaveragefrequencyofthefirst25ordersbyusingdesignedhangingdevicewaslowereddownto4．55％thatofusingtraditional收稿日

6、期：2013-07-12基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“深海工程结构的极端环境作用与全寿命服役安全”(2011CB013702)；国家自然科学基金项目“深海极端环境下复合材料立管粘结接头的强度及断裂研究”(11302264)；国家科技重大专项“海洋深水工程重大装备及配套工程技术”(2011ZX05027—005)作者简介：郭磊(1984一)，男，河南平舆人，博士研究生，主要从事海洋石油设备设计方法及理论研究，E-mail：glopen@l26．corn第43卷第l期郭磊，等：新型深水立管悬挂装置减振及疲

7、劳抑制效果分析该装置主要包括1个自由度释放机构和1个立Q+a二+OM出0V管锁紧机构。自由度释放机构由1个支架和3个陀J／—_、＼‘螺仪环组成，支架和陀螺仪环之间均通过铰支座连d丛／——＼接，3对铰支座转轴的轴线在水平面360。均布，即轴、1at线之间夹角均为60。。即使浮式平台有较大的摇摆，立管也可以通过自由度释放机构的调节而处于一个较平稳的状态。立管锁紧机构由液压缸、压力b微元受力分析环、弹簧和8个花瓣状卡子组成。锁紧机构的工作图3立管横向振动模型原理为：当立管的瓶塞状端部放到由8个花瓣状卡子组成的凹槽时，立管的自身重力

8、迫使卡子合拢，并d擎一Q一(Q++d(1)形成一个较大的扣紧力，扣紧力又通过卡子把立管可化简为锁住。PA窘一一+(2)2新型悬挂装置对立管振动特性的影响由各力垂直于ozz平面的轴的力矩平衡方程得为了分析使用新型悬挂装置前后立管悬挂端的(M-+-dz)+M(，)d+dz。一力学特性，本文选择