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    埋设管道垂向屈曲分析

    2018-11-14   来源:   点击数:18次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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       中国钢管信息港综合报道:进行有限元数值模拟可以得到管道屈曲发生的癍个过程,包括管道的局部屈曲,解析方法只能从整体上得到管道整体屈曲时的临界屈曲轴力。
      
      1.中国石油天然气管道科学研究院;2.油气管道输送安全国家工程实验室;3.中国石油天然气管道局第三工程分公司度制约着高效焊接技术的深入发展。本PIW系列管道内环缝自动焊机集机械、电控、气动于一体,其对口系统和焊接系统的结构一体化设计可实现大口径管道焊接施工过程中管口组对、根焊的集中完成。工程应用证实,PIW系列管道内环缝自动焊机具有焊接速度快、质量好、效率高等特点,能很好地解决管道根焊问题,满足现有管道高效焊接施工对根焊质量的需求。PIW系列管道内环缝自动焊机的国产化,不仅突破了高效焊接技术发展的瓶颈,而且打破了国外同类产品的技术封锁和价格垄断,有效提高了我国管道施工的技术水平及经济效益。
      
      随着长输管道施工对高效焊接的追求及对管道使用寿命的关注,焊接工序中的关键环节一根焊愈加备受注目,其焊接质量和焊接速度制约着高效焊接技术的深入发展。如何在保证焊接质量的前提下,快速进行根焊成为管道建设工程中亟待解决的难题。在此背景下,研发了PIW系列管道内环缝自动焊机,且实现了国产化,不仅突破了高效焊接技术发展的瓶颈,而且打破了国外同类产品的技术封锁和价格垄断,有效提高了我国管道施工的技术水平及经济效益。
      
      PIW系列管道内环缝自动焊机在专用焊接单元、全数字自动控制技术、焊接同步驱动、同步定位等方面的性能与国外同类产品相当;而在送丝速度自检测、手动急停刹车、行走与刹车互锁等方面的性能优于国外同类产品,在国内、国际市场具备较强的市场竞争力。
      
      1结构及工作原理PIW系列管道内环缝自动焊机(以下均简称为PIW内焊机)集机械、电控、气动于一体,其对口系统和焊接系统的结构一体化设计可实现大口径管道焊接施工过程中管口组对、根焊的集中完成。
      
      结构PIW内焊机整机采用卧式长构架结构(、),主要由涨紧机构、扩涨导向保护装置、焊炬自动定位对中机构、多焊炬同步焊接驱动机构、专用焊接单元、行走机构及刹车机构、气动系统、自动控制系统等组成,具有管内行走、管口组对、多焊炬同步定位、自动快速内环缝焊接等功能。6个或8个专用焊接单元均匀布局在多焊炬同步焊接驱动机构的旋转滑环上,焊炬自动定位对中机构确保焊接单元的中心与被焊管口处于同一平面。自动控制系统采用DSP(数字信号处理器)和CPLD(复杂可编程逻辑芯片)全数字化运动控制技术,控制可靠。
      
      第一:曾惠林,1965年生,2008年毕业于天津大学材料学院,获博士学位,高级工程师,现任中国石油天然气管道科学研究院施工装备研究所所长,主要从事石油天然气长输管道及储罐施工装备的研究工作。E-mail:409393482qq.com钢管一端的相应位置时,行走停止,启动刹车装置锁定内焊机,以防在管内滑动,影响对口精度。同时,启动涨紧气缸,促使涨靴伸出并涨紧管内壁。另一根需组对的钢管通过吊管机具向内焊机靠拢,待满足管口组对间隙要求后,内焊机的另一排涨靴伸出并涨紧管壁,精确实现管口组对。焊炬定位对中机构确保所有焊接单元的焊炬中心处于同一平面,并与焊缝精确对中。然后,启动控制系统,控制所有焊接单元同步、独立施焊,直至管道根焊完成。
      
      1.3主要技术参数适用管径:01016mm01219mm;压靴数量:18个X2;涨紧机构总涨紧力:140t;要求空气压缩机工作压力:2.5MPa;行走速度:060m/min焊接速度:01000mm/min;送丝速度:013000mm/min适用焊丝直径00.8mm01.2mm(实心);送气、断气时间:任意设定。
      
      致好评。
      
      3结论现场应用证实,piw系列管道内环缝自动焊机具有焊接速度快、质量好、效率高、操作简单、控制稳定等特点,能很好地解决管道根焊问题,满足现有管道高效焊接施工对根焊质量的需求,又恰逢国内管道建设高峰期,从而保证了该产品良好的推广应用前景。
      
      由于目前油气管道已向大口径、大壁厚的方向发展,且其施工环境复杂、恶劣,之前的内焊机在管道内的爬坡行走能力及机头部分的柔性略显不足,需做进一步的升级改造。其改进的重点方向为将行走马达由叶片式改为柱塞式,以提高马达驱动力;将驱动方式由底部驱动改为侧驱,以实现内焊机行走过程中的平稳性;优化机头柔性结构、重新设计机头专用的偏转弹簧,以增大机头的柔性偏转幅度。
      
      2试验及工业应用室内实验及现场中试PIW内焊机样机在研制过程中历经大量的室内实验和模拟施工现场试验,整体性能稳定、焊接速度快、焊缝成型美观、力学性能良好,完全满足管道高效施工对根焊的要求。
      
      不同初始缺陷影响下的埋设管道垂向屈曲分析梁光强张伟2,齐金龙、李永宇1(1.海洋石油工程股份有限公司天津300451;2.天津大学建筑工程学院,天津300072)海底管道在海洋石油开发中起着越来越重要的作用随着对海底管道工作要求的不断提高,高温高压管道发生的屈曲失效问题也越来越多,引起国内外学者的关注和研究。论文应用大型通用有限元分析软件ABAQUS,并利用接触模型考虑管土相互作用,建立了三维管道有限元弹塑性数值模型。对不同初始缺陷的高温篼压埋设管道进行了数值模拟,得出不同缺陷影响下管道屈曲规律。有限元模型计算得出的结果与Pedersenensen解析理论有些偏差,但得到的基本规律与Taylor和Tran的。
      
      中国钢管信息港综合报道:不同初始缺陷下模型尺寸依据(a)土体应力应变云图(b) 随着初始缺陷的增大,管道临界屈曲温度减小,临界屈曲应力相应地减小。缺陷幅值越小,管道屈曲后释放能量较人,应力减小的现象越明显。管道应力曲线有明显的下降上升区段,缺陷较大时,管道由前屈曲进入后屈曲表现不明显(拐点不明显),并且屈曲应力较小,也就是说屈曲临界温度和屈曲临界轴力会随着缺陷的增人而减小。
      
      温度/C屈曲幅值/cm管道的温度与屈曲应力的关系管道的屈曲幅值与应力的关系表明,缺陷越大,发生屈曲时温度越低;管道进入后屈曲时幅值随着缺陷的增大而增人,说明管道抵抗屈曲的能力下降,在较低的应力下发生失稳,此时土体应力没达到屈曲应力;位移随着管道屈曲会继续增大,土体增加了管道的抗屈曲性能,土体达到屈服时的位移增大。有理论表明,土体达到剪切屈服时的位移△+8///D)D与Pedersenensen解析公式所得结果进行比较,如表3所示。
      
      屈曲分析结果对照表初始缺陷5/cm波长有限元分析结果屈曲温度厂c屈曲应力/MPa屈曲温度/X:屈曲应力/Mpa由表3可以看出,有限元模型分析结果要小于Pedersen ensen解析结果。原因在于,在有限元分析中只考虑了管道受到土体剪切屈服的影响,对于土体自重产生的影响未加以细致考虑。同时Pedersen ensen解析结果在小缺陷即万=1.5cm时,屈曲应力达到1014MPa.因为管道材料为API5LX65钢,其屈服应力为448MPa.此时按照理论解析来讲管道早已破坏,得出的临界屈曲温度是错误的。
      
      有限元模型的简化是根据适应特征值分析和Riks算法来进行的,尽管有些偏差,但整体计算结果是理想的,可用于工程实践。同时从有限元得出的结果能直观地看出管道前屈曲和后屈曲过程中屈曲幅值、温度及应力的变化过程。
      
      3结论ABAQUS中的特征值分析可以较准确地得到管道的屈曲模态,进一步可以作为缺陷引入到屈曲分析中。由模态分析得出:海底埋设的管道最有可能出现垂向屈曲,这与理论相吻合。针对垂向屈曲问题,采用Riks算法,将管道主要模态作为初始缺陷引入数值模型,进行管道全过程的屈曲分析。
      
      针对以前管道屈曲研究限于管道前屈曲阶段,仅反映整体失稳,本次有限元模拟还得到管道后屈曲发生的相关结果。得出管道在有缺陷的情况下会发生整体的失稳(屈曲),随着荷载(温度或内压)增大,局部会出现局部屈曲;有时管道却是先出现局部失稳,进而发生整体性失稳。中国钢管信息港综合报道
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