水下金刚石绳锯机切割技术的研究与工程样机的研制

摘要

随着我国海洋石油工业高速高效的发展，新开发的海上油气田逐年增多，由于各种原因相继出现海底管道损坏事故。海底管道修复工作刻不容缓，应采取合理的维修方法和必备的维修设备。本课题的研究工作是结合“863”计划中“水下专用作业机具设备”子课题开展的。在海底油气管道维修过程中，针对海底作业工况和油气管道的特殊结构采用水下金刚石绳锯机完成管道切割作业。本课题主要任务是进行水下金刚石绳锯机切割技术的研究与工程样机的研制。 本文介绍了国内外水下作业工具、水下作业系统、常用的水下切割方法和管道切割的发展现状，归纳和总结了国内外金刚石绳锯机的发展状况，提出了采用水下金刚石绳锯机进行海底油气管道切割的思路。 通过对课题的应用背景及国外金刚石绳锯机在海底油气管道切割领域实际应用的分析研究，确定了水下金刚石绳锯机的总体方案，并对零部件进行了分析和设计。分析了海水腐蚀的因素和形式，针对海水中作业工况提出了水下金刚石绳锯机工程样机防腐和密封方法和措施。 确定了串珠绳张力传感器的主要结构形式，分析了传感器测定原理和性能指标，在此基础上研制出了一种新型动静态串珠绳张力检测系统。解决了串珠绳张力检测系统中传感器安装、信号传输、张力状态显示等一系列关键技术。对“三点弯曲法”测量串珠绳张力进行了理论探讨，在考虑串珠绳抗弯刚度对串珠绳张力的影响情况下，得出了串珠绳静张力和动张力的数学模型。分析了用于绳锯机进给位移检测的静磁栅直线位移传感器的工作原理和技术特点，确定了绳锯机静磁栅直线位移传感器的技术参数。 分析了手动液压控制系统的工作原理，介绍了系统的组成、液压动力源和液压控制油路系统的工作过程和操作使用方法。为了提高控制系统的自动化水平和控制精度将液压伺服阀引入液压控制系统，建立了绳锯机切割进给速度液压伺服控制系统，阐明了液压伺服阀控系统的工作原理，建立了液压伺服阀控速度控制系统模型，并进行了液压伺服系统频率特性仿真和分析。 结合试验研究了金刚石串珠绳的磨削机理。分析了金刚石串珠绳微观磨损形态和特性。针对海底油气管道切割定量地分析了串珠的磨损过程和规律。通过试验得到了串珠绳的耐磨损率与切割工艺参数的关系。定性分析了串珠绳磨削加工表面质量。 通过单层海底油气管道的实验室切割试验进一步验证了采用水下金刚石绳锯机切割海底石油管道的可行性和工程样机设计的合理性。试验中进行了相关参数的检测；得出了合理的切割工艺参数；评价了串珠绳的磨损和使用情况；测定了绳锯机的切割工作效率。进行了试验数据的理论分析，分析了切割工艺参数中单因素对切削力的影响，采用回归正交试验设计方法得出了串珠绳切割单层海底油气管道的切削力的数学模型，利用方差分析法评价了影响切削力因素的显著性。 专门研制的用于海底油气管道切割作业的水下金刚石绳锯机工程样机，其主要的优点是可以适应海底的工作环境，一次操作中能够切割金属材料和非金属材料，并且对操作人员和环境不会产生危害。水下金刚石绳锯机工程样机研制成功为水下金刚石绳锯机走向工程化奠定了理论基础，在海底油气管道维修工程中将发挥出更有效的作用，为国内金刚石绳锯机的应用拓宽了新的领域。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

第2章水下金刚石绳锯机方案确定与分析设计

第3章绳锯机检测系统的设计与理论

第4章绳锯机液压控制系统研究

第5章金刚石串珠绳的磨削与磨损机理研究

第6章水下金刚石绳锯机的试验及数据分析

6.1水下金刚石绳锯机工程样机试验系统

6.2水下金刚石绳锯机的试验过程

6.3单层海底油气管道的切割试验研究

6.4钢管的切割试验

6.5本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历