海上钻井平台折臂抓管机设计.pdf

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1、第45卷船海工程Vo1．452016年l2月SHIP&0CEANENGINEERINGDec．2016DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2016．S1．048海上钻井平台折臂抓管机设计于卫红，常思嘉，邱成国(太重(天津)滨海重型机械有限公司，天津300457)摘要：为打破海上钻井平台抓管机国外设计垄断，加快实现抓管机装备国产化，基于API-2C标准和实际工程经验，给出折臂抓管机的设计流程和方法，设计一种3．5t折臂抓管机，并采用规范和有限元相结合的方法对垂直动态系数的计算和选取进行了探讨。该设计成功应用到自升式钻井平台上，对垂直动态系数

2、的研究表明，抓管机整机垂向刚性及影响因子随着作业半径的减小而变大，当起升速度较大时，垂直动态系数随作业半径变化尤为显著，采用同一垂直动态系数进行设计，会使设计偏于保守。关键词：折臂抓管机；设计；有限元；垂直动态系数中图分类号：u674．38文献标志码：A文章编号：1671-7953(2016)S1—0206-05折臂抓管机作为自动化钻井包的关键设备之对垂直动态系数的计算和选取进行探讨，为抓管一，通常位于钻井平台甲板上，主要在甲板与猫道机的垂直设计系数计算选取、整机设计提供参考。之间执行抓取、放置管子等动作，承担着自动送钻l抓管机设计流程及方法的功能，为海上钻井

3、作业提供了高效、环保、安全的管具移运方案u。折臂抓管机通常由复合关节臂和伸缩臂组与陆地起重机相比，海上折臂抓管机承受的成，在伸缩臂端部装有机械手夹钳，主要在甲板与环境荷载和工作荷载更恶劣，对结构紧凑性、安全猫道之间执行抓取、放置管子等动作。抓管机的性及可靠性、自动化性能等要求更高，其设计及制设计任务主要是依据其功能及承受的载荷确定抓造具有很大的难度4。。折臂抓管机作为钻井包管机的结构形式、总体布置及关键技术参数等。配套设备，长期被NOV、TTs、Aker等少数国外企折臂式起重机设计应充分考虑起升荷载、回业垄断．目前，抓管机仍然依赖从国外进口，其价转固定荷载、风

4、荷载、偏摆力和惯性力等，依据格非常昂贵。积极开展折臂抓管机设计及研究对整机倾覆力矩和轴向荷载，选取回转支承型号、确提高我国技术能力、实现平台装备的国产化具有定简体及回转体直径，在此基础上计算回转阻力，重要意义。因此，文中总结了抓管机的关键设计变幅及伸缩液缸受力，最终确定回转驱动及液压方法及流程，基于API．2C标准和相关工程经验，缸数量及参数，完成关键机构选型。抓管机具体设计一种3．5t钻井平台折臂抓管机，完成结构、设计方法及流程见图1，具体计算公式可参考API机构、液压和电气等设计，并成功应用到自升式钻2C规范第5章相关内容J。井平台上。2抓管机设计对于带有

5、钢丝绳的起重机，常采用钢丝绳刚度依据规范公式取得起重机的垂直动态系数，抓2．1主要技术参数管机无钢丝绳系统，其垂直动态系数无法直接依技术参数主要包括起重量、工作幅度、起升高据规范取得。采用规范和有限元相结合的方法，度、工作速度及回转速度等，依托于自升式钻井平台，遵循API2C和CCS规范，按照上述设计方法及流程，最终确定关键技术参数，见表1。收稿日期：2016—07～18依据其功能，抓管机整机共设置简体、回转修回日期：2016—08—18体、臂架、变幅机构、回转机构、机械手、驾驶室等，第一作者简介：于卫红(1985一)，女，硕士，工程师研究方向：海洋平台结构及

6、总体性能，海上钻井装备其结构形式和总体布置见图2。设计2．2结构设计E—mail：xiaowei1985@163．corn_抓管机主要采用Q345材料，筒体为圆柱形206201126月拄于卫红，等：海上钻井平台折臂抓管机设计船海工程第45卷i◆起升荷载(考虑垂直动态系数)：．◆_．壅．篓望掣⋯一。I◆回转固定荷载(回转体／臂架／吊具等)：U：◆风荷载：：◆计算变幅、伸缩液缸受力：◆平台倾斜引起的偏摆力(吊重／自重)：1广：◆转制动惯性力：一面磊菖甄⋯⋯⋯一且⋯⋯⋯一：◆整机倾覆力矩、轴向荷载、径向荷载：◆回转阻力：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。：凹转支承摩擦阻力：：风

7、阻力：⋯⋯⋯⋯⋯一：⋯⋯⋯⋯⋯一．：平台倾斜致回转阻力：：◆选择转支承，确定简体直径：回转惯性阻力：图1抓管机设计流程及方法表1抓管机关键技术参数均为箱型焊接结构，长度分别为15、12、4ITI。与参数数值传统海洋平台吊机相比，复合关节臂与伸缩臂的最大额定起重量／t3．5应用省去了钢丝绳的应用，消除了因使用钢丝绳机械手夹持范围／in2—7／8～20而产生的不稳定，对管子能够提供安全可靠的处作业半径／m3～25理系统。作业高度／m安装座以上l7．5，安装座以下3．2整机结构安全性可采用有限元方法进行进行变幅时间(平均)／s65回转范围／(。)±180评估，评估时

8、需要考虑图1中所有的设计荷载，且回转速