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作为海洋浮式钻井平台的关键设备之一,钻井隔水管连接钻井平台与海底井口,并在两者之间形成一个与海水隔离的通道,用于下入钻具与返回泥浆。当平台遭遇台风等极端天气时,需要将隔水管从底部隔水管总成处与防喷器断开连接,并使其处于悬挂状态随平台一起撤离台风区。目前常用的隔水管悬挂方式有硬悬挂与软悬挂两种,主要区别在于隔水管顶端的边界条件不同,两种悬挂方式各有优缺点,适用于不同的工况。针对目前隔水管悬挂的需求,提出新的隔水管悬挂方案,命名为柔性悬挂,并设计对应的悬挂装置。该装置方便悬挂操作的同时能够改善隔水管悬挂性能,提高悬挂安全性。 通过整理现有隔水管悬挂方式与设备的相关资料,深入了解国内外隔水管悬挂的发展情况,分析其工作原理与特征,结合隔水管对悬挂装置的要求,形成隔水管柔性悬挂装置的系统设计方案。 考虑悬挂装置的安装空间与整体稳定性,本论文设计的柔性悬挂装置运动补偿液压缸行程为1m,通过增程机构将行程增加到2m。依靠有限的运动补偿行程对隔水管随平台的升沉运动加以干涉与控制,降低隔水管因升沉运动产生的加速度极值,从而减小隔水管对悬挂装置的最大载荷、增大最小载荷,提高隔水管的悬挂性能。 采用三维造型软件SolidWorks完成柔性悬挂装置各部件的详细设计,并装配成完整的三维模型;采用有限元软件ANSYS对关乎装置功能完整性的关键部件进行强度校核,并根据校核结果对部件实施优化;根据悬挂装置载荷及隔水管运动的要求,设计液压回路,并计算相关元件的参数,完成元件选型;设计不同的运动补偿方案,对隔水管悬挂性能进行分析,优选出相对最佳的方案。 最终形成机械结构完整、结构稳定可靠、液压系统完善与悬挂性能改善的隔水管柔性悬挂装置的设计成果。