水下連接器液壓系統(tǒng)的研究

水下連接器液壓系統(tǒng)的研究

水下機(jī)械技術(shù)廣泛應(yīng)用于海上工程、船舶工程等領(lǐng)域。由于水中的場(chǎng)景相對(duì)復(fù)雜，水下設(shè)備中的能源執(zhí)行器和裕變器的配置必須在不影響設(shè)備結(jié)構(gòu)的情況下配置。這種情況下,液壓管線的選取與排布對(duì)于整個(gè)液壓系統(tǒng)能否順利工作具有十分重要的意義。水下連接器依靠10個(gè)液壓閥和13個(gè)液壓缸來(lái)控制和驅(qū)動(dòng)安裝工具,從而實(shí)現(xiàn)海底管道的連接。由于連接器在水下安裝過(guò)程中執(zhí)行動(dòng)作較多,且液壓閥需要集中布置,以方便ROV操作。因此,有必要選取和排布一套適用于水下連接器的液壓管線,以保證水下連接器液壓系統(tǒng)能夠安全可靠的工作。1驅(qū)動(dòng)板及低壓缸開、下安裝工藝時(shí)的對(duì)接方式2.水下連接器的安裝主要依靠帶有液壓系統(tǒng)的安裝工具完成。1)將安裝工具下放到連接器的正上方,安裝工具上布置有液壓缸和ROV控制面板,其中ROV控制面板上裝有全部的液壓控制閥,如圖1所示。2)ROV操作控制面板,啟動(dòng)布置在對(duì)接板內(nèi)部的3個(gè)對(duì)中液壓缸,對(duì)中液壓缸推動(dòng)連接器進(jìn)行軸線對(duì)中,如圖2所示。3)ROV操作控制面板,啟動(dòng)布置在驅(qū)動(dòng)板內(nèi)部的2個(gè)鎖緊液壓缸,鎖緊液壓缸將安裝工具與連接器綁定,如圖3所示。4)ROV操作控制面板,啟動(dòng)缸筒固定在后擋板,活塞桿末端固定在對(duì)接板上的4個(gè)對(duì)接液壓缸,對(duì)接液壓缸推動(dòng)連接器進(jìn)行海底管道對(duì)接,如圖4所示。5)ROV操作控制面板,啟動(dòng)缸筒固定在對(duì)接板,活塞桿末端固定在驅(qū)動(dòng)板上的4個(gè)驅(qū)動(dòng)液壓缸,驅(qū)動(dòng)液壓缸推動(dòng)連接器與海底管道鎖緊,如圖5所示。6)待連接器完成海底管道的連接后,收回安裝工具。待安裝工具完全收回后,留在水下的結(jié)構(gòu)如圖6所示。2液壓管的設(shè)計(jì)2.1水下連接器的安裝為了避免連接器在安裝過(guò)程中液壓管線發(fā)生碰撞,應(yīng)盡量選取硬質(zhì)管線連接各液壓元器件,同時(shí)使用護(hù)板進(jìn)行保護(hù)。但是從水下連接器的安裝過(guò)程可以看出:集成在安裝工具上的液壓系統(tǒng)中液壓缸數(shù)量較多,且分布于安裝工具上不同的部件,同時(shí)液壓閥集中布置于ROV控制面板上,這就會(huì)導(dǎo)致各液壓缸與液壓閥之間的距離會(huì)隨著安裝工具的運(yùn)動(dòng)而隨時(shí)變化。因此,有必要選取液壓硬管和軟管相配合來(lái)完成液壓管線的排布。2.2壓線的參數(shù)設(shè)計(jì)水下連接器液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。2.2.1管道的出口壓力,有以下幾種根據(jù)水下連接器液壓系統(tǒng)的使用工況和設(shè)計(jì)參數(shù),選擇15號(hào)鋼制成的精密無(wú)縫鋼管(GB3639-83)作為液壓硬管。管的內(nèi)徑為式中:d為管的內(nèi)徑,mm;q為油液的流量,L/min;v為管內(nèi)油液的流速,m/s。計(jì)算可得壓油管路的內(nèi)徑取8.00mm,吸油管路的內(nèi)徑取13.00mm。管的壁厚為式中:δ為管壁厚度,mm;p為工作壓力,MPa;[σ]為許用應(yīng)力,MPa。計(jì)算可得壓油管路的壁厚取2.00mm,吸油管路的壁厚取2.00mm。管的外徑為式中:D為管的外徑,mm。計(jì)算可得壓油管路的外徑取12.00mm,吸油管路的外徑取18.00mm。2.2.2液壓管壁的設(shè)計(jì)根據(jù)水下連接器液壓系統(tǒng)的使用工況和設(shè)計(jì)參數(shù),選擇鋼絲纏繞骨架的高壓膠管作為液壓軟管。軟管內(nèi)徑與流量、流速之間的關(guān)系如圖7所示,根據(jù)壓油管路和吸油管路中油液的流速和流量,可得壓油管路的內(nèi)徑8.0mm,吸油管路的內(nèi)徑取13.00mm。3液壓管線的排列3.1維建模設(shè)計(jì)三維布管軟件Routing為SolidWorks軟件中專門進(jìn)行管道管筒設(shè)計(jì)的插件,Routing的設(shè)計(jì)庫(kù)中包含常用的標(biāo)準(zhǔn)管道模塊及管接頭、管夾等附件,也可以根據(jù)需要自行建立滿足需要的管道模塊,如圖8所示。使用Routing進(jìn)行液壓管線的三維建模操作方法如下:使用SolidWorks打開需要排布液壓管線的裝配體,添加Routing插件并選擇管筒設(shè)計(jì);從Routing設(shè)計(jì)庫(kù)中選取合適的管接頭和管夾并設(shè)置參數(shù),將管接頭和管夾裝配到裝配體中;點(diǎn)擊管接頭上的連接點(diǎn),選取管筒參數(shù)(如需使用軟管則勾選軟管選項(xiàng)),將管夾和另一個(gè)管接頭的連接點(diǎn)添加到線路中,通過(guò)繪制3D草圖(使用Tab鍵切換坐標(biāo)平面)來(lái)完成液壓管線走向的排布。3.2水下設(shè)備液壓管線三維建模水下連接器液壓管線的排布主要包括2部分:安裝工具上的液壓管線排布和ROV控制面板上的液壓管線排布。3.2.1驅(qū)動(dòng)液壓缸的管線排布安裝工具上裝有對(duì)接液壓缸、驅(qū)動(dòng)液壓缸、對(duì)中液壓缸和鎖緊液壓缸,各個(gè)液壓缸與液壓閥采用硬管和軟管組合的方式進(jìn)行連接,在安裝工具兩側(cè)加裝護(hù)板以保護(hù)液壓管線,如圖9所示。1)對(duì)接液壓缸的管線排布。對(duì)接液壓缸共4個(gè),缸體均勻固定在后擋板上。由于對(duì)接液壓缸相對(duì)于ROV控制面板沒有發(fā)生位移,因此可以全部采用硬管連接,如圖10所示。為了避免液壓管線過(guò)度暴露,將液壓管線布置在護(hù)板內(nèi)側(cè),并用管夾固定在護(hù)板上。接入ROV控制面板的液壓管線采用繞后處理。2)驅(qū)動(dòng)液壓缸的管線排布。驅(qū)動(dòng)液壓缸共有4個(gè),缸體均勻固定在對(duì)中板上。由于對(duì)中板會(huì)在連接器安裝過(guò)程中運(yùn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)液壓缸相對(duì)于ROV控制面板會(huì)發(fā)生位移,因此需用硬管和軟管共同連接,如圖11所示。為了避免液壓管線過(guò)度暴露,將液壓管線布置在護(hù)板內(nèi)側(cè),并用管夾固定在護(hù)板上。因?yàn)閷?duì)中板內(nèi)部中空,連接驅(qū)動(dòng)液壓缸端部的液壓管線可以貫穿在對(duì)中板內(nèi)部,以起到保護(hù)管線的目的。硬管之間采用U形軟管連接,對(duì)中板在運(yùn)動(dòng)時(shí)液壓管線不受影響。接入ROV控制面板的液壓管線采用繞后處理。3)對(duì)中液壓缸的管線排布。對(duì)中液壓缸共3個(gè),呈120°固定在對(duì)中板的內(nèi)部。由于對(duì)中板會(huì)在連接器安裝過(guò)程中運(yùn)動(dòng),對(duì)中液壓缸相對(duì)于ROV控制面板會(huì)發(fā)生位移,因此需用硬管和軟管共同連接,如圖12所示。為了避免液壓管線過(guò)度暴露,將液壓管線布置在護(hù)板內(nèi)側(cè),并用管夾固定在護(hù)板上。因?yàn)閷?duì)中板內(nèi)部中空,連接對(duì)中液壓缸的液壓管線可以貫穿在對(duì)中板內(nèi)部,以起到保護(hù)管線的目的。硬管之間采用U形軟管連接,對(duì)中板在運(yùn)動(dòng)時(shí)液壓管線不受影響。接入ROV控制面板的液壓管線采用繞后處理。4)鎖緊液壓缸的管線排布。鎖緊液壓缸共2個(gè),呈180°固定在驅(qū)動(dòng)板的內(nèi)部。由于驅(qū)動(dòng)板會(huì)在連接器安裝過(guò)程中運(yùn)動(dòng),鎖緊液壓缸相對(duì)于ROV控制面板會(huì)發(fā)生位移,因此需用硬管和軟管共同連接,如圖13所示。為了避免液壓管線過(guò)度暴露,將液壓管線布置在護(hù)板內(nèi)側(cè),并用管夾固定在護(hù)板上。因?yàn)轵?qū)動(dòng)板內(nèi)部中空,連接鎖緊液壓缸的液壓管線可以貫穿在驅(qū)動(dòng)板內(nèi)部,以起到保護(hù)了管線的目的。硬管之間采用U形軟管連接,驅(qū)動(dòng)板在運(yùn)動(dòng)時(shí)液壓管線不受影響。接入ROV控制面板的液壓管線采用繞后處理。3.2.2水下連接器rov面板為了便于ROV在水下操作以及將各液壓控制閥集中放置,在安裝工具上設(shè)計(jì)ROV控制面板,如圖14所示。水下連接器液壓系統(tǒng)的供油依靠液壓快速接頭供給,液壓控制閥集中布置在ROV控制面板的背面。ROV控制面板上的各個(gè)控制閥之間用硬管連接,在排布液壓管線時(shí)應(yīng)在保證油路完整的情況下避免管線之間發(fā)生交叉重疊,如圖15所示。ROV控制面板上的液壓閥與液壓缸之間采用軟管連接,如圖16所示。4好的設(shè)計(jì)及結(jié)果1)通過(guò)分析水下連接器的安裝過(guò)程及其液壓系統(tǒng)的組成,根據(jù)實(shí)際工況選取了合適的液壓硬管和軟管,并確定了管線排布的原則,最后借助三維布管軟件Rout