一种脐带缆成缆耦合动力分析方法与流程

1.本发明涉及脐带缆制造技术领域，尤其涉及一种脐带缆成缆耦合动力分析方法。


背景技术：

2.水下生产系统作为深水油气田的一种重要开发模式，是一种海洋石油天然气资源开发的新技术。它通过水下井口、部分或全部放置在海底的水下生产设施以及海底管线，将采出的油、气、水多相或单相流体回接到附近水下、水面或陆上依托设施，实现海上油气田的开发。
3.脐带缆是由电缆(电力动力缆或信号缆)、光缆(单模或多模光缆)、液压或化学药剂管(钢管或软管)组合而成的复杂电缆，被称为海上油气田开发的“生命线”。脐带缆在海洋油气开发中的主要作用包括：
4.(1)为水下阀门执行器提供液压动力通道；
5.(2)为控制盒和电动泵等提供电能；
6.(3)为水下设施和油井提供遥控及监测数据传输通道；
7.(4)为油井提供所需流体(如，甲醇和缓蚀剂等化学药剂)。
8.相应地，脐带缆的制造流程一般包括：单元制造、成缆、内护套挤出、铠装钢丝、外护套挤出、终端集成等。其中，成缆是脐带缆制造的核心程序，成缆工序是将各个单元按截面设计方案进行搅合排列。然而，在成缆过程中，钢管、电缆、填充材料等单元在一定的张紧力控制下进行成缆，既要避免单元之间相互挤压，又要确保脐带缆界面的稳定性。因此，制造商需根据脐带缆单元的实际参数以及成缆机的属性，合理确定工艺参数。
9.综上，在脐带缆的成缆过程中，需要对脐带缆的成缆过程进行动力分析。


技术实现要素：

10.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种脐带缆成缆耦合动力分析方法，可通过模拟脐带缆在成缆过程中承受拉力和重力时的力学响应和截面变形特征，调整脐带缆成缆模型，便于对实体脐带缆进行成缆处理。
11.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种脐带缆成缆耦合动力分析方法，包括：构建脐带缆成缆模型；获取脐带缆参数、工作环境参数、最大许可荷载信息及最大许可变形信息；根据所述脐带缆参数及工作环境参数，对所述脐带缆成缆模型进行运行动力分析，并获取所述脐带缆的实时受力信息及实时变形信息；将所述实时受力信息及实时变形信息与所述最大许可荷载信息及最大许可变形信息进行对比，判断所述实时受力信息是否小于所述最大许可荷载信息且所述实时变形信息是否小于所述最大许可变形信息；判断为是时，则修改成缆控制因素以调整所述脐带缆成缆模型。
12.作为上述方案的改进，所述构建脐带缆成缆模型的步骤包括：构建脐带缆收束器、放线盘、底盘及n根脐带缆，其中，n为正整数；将所述脐带缆的一端每隔预设角度耦合在所述脐带缆收束器上，且所述脐带缆与竖直向下方向成预设角度向外延伸；将所述脐带缆的
另一端与所述放线盘耦合；将所述放线盘与底盘耦合。
13.作为上述方案的改进，所述修改成缆控制因素以调整所述脐带缆成缆模型的方法，包括以下方法中的任意一种或多种：调整所述放线盘的直径；调整所述脐带缆的放线路径；调整所述脐带缆的放线张力。
14.作为上述方案的改进，所述修改成缆控制因素以调整所述脐带缆成缆模型的方法，包括以下方法中的任意一种或多种：增大所述放线盘的直径；将所述脐带缆的放线路径由转线绞入成缆改为直线绞入成缆；减小所述脐带缆的放线张力。
15.作为上述方案的改进，所述预设角度为45
°
。
16.作为上述方案的改进，所述n的值为8。
17.作为上述方案的改进，采用orcaflex有限元分析软件对所述脐带缆成缆模型进行运行动力分析。
18.作为上述方案的改进，所述脐带缆参数包括内径信息、外径信息、长度信息、密度信息及弹性模量信息。
19.作为上述方案的改进，所述工作环境参数包括温度信息。
20.作为上述方案的改进，所述脐带缆成缆耦合动力分析方法还包括：根据调整后的所述脐带缆成缆模型对实体脐带缆进行成缆处理。
21.实施本发明，具有如下有益效果：
22.本发明通过构建脐带缆成缆模型，并结合运行动力分析，有效地模拟出脐带缆在成缆过程中承受拉力和重力时的力学响应和截面变形特征。
23.进一步，本发明采用调整放线盘的直径、调整脐带缆的放线路径及调整脐带缆的放线张力等方式实现对脐带缆成缆模型的调整，得到工业化安装中合理的脐带缆单元的实际参数以及成缆机的属性，达到避免脐带缆内的钢管、电缆、填充材料等单元之间相互挤压和确保脐带缆界面的稳定性的效果，为工业化安装提供依据，精度高，误差小。
附图说明
24.图1是本发明脐带缆成缆耦合动力分析方法的第一实施例流程图；
25.图2是本发明脐带缆成缆耦合动力分析方法中脐带缆成缆模型的示意图；
26.图3是本发明脐带缆成缆耦合动力分析方法的第二实施例流程图。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
28.参见图1，图1显示了本发明脐带缆成缆耦合动力分析方法的第一实施例，包括：
29.s101，构建脐带缆成缆模型。
30.如图2所示，构建脐带缆成缆模型的步骤包括：
31.(1)构建脐带缆收束器1、放线盘2、底盘3及n根脐带缆4。其中，n 为正整数。
32.需要说明的是，脐带缆成缆模型由脐带缆收束器1、放线盘2、底盘3及脐带缆4组成。优选地，脐带缆4的数量为8，即n的值为8，但不以此为限制，可根据实际情况进行调整。
33.(2)将脐带缆4的一端每隔预设角度耦合在脐带缆收束器1上，且脐带缆 4与竖直
向下方向成预设角度向外延伸。
34.(3)将脐带缆4的另一端与放线盘2耦合。
35.需要说明的是，每一脐带缆4的一端均与脐带缆收束器1耦合，另一端均与放线盘2耦合，从而使脐带缆4同时承受拉力和重力作用。优选地，预设角度为45
°
，也就是说，脐带缆4的一端每隔45
°
耦合在脐带缆收束器1上，且脐带缆4与竖直向下方向成45
°
向外延伸。
36.(4)将放线盘2与底盘3耦合。
37.在实际应用中，可按照1：1比例构建脐带缆成缆模型。一般情况下，放线盘2的初始直径为3m，但不以此为限制，可根据实际情况进行预设。
38.综上，通过步骤(1)
‑
(4)即可构建出初始的脐带缆成缆模型，以便后续进行分析调整。
39.s102，获取脐带缆参数、工作环境参数、最大许可荷载信息及最大许可变形信息。
40.工作时，用户可根据实际情况输入脐带缆参数、工作环境参数、最大许可荷载信息及最大许可变形信息，其中，最大许可荷载信息及最大许可变形信息由脐带缆厂家提供。
41.具体地，脐带缆参数包括内径信息、外径信息、长度信息、密度信息及弹性模量信息，本实施例中，脐带缆的长度为10m，但不以此为限制，可根据实际情况进行输入。同时，工作环境参数包括温度信息，一般情况下，本发明可在常温下进行。
42.s103，根据脐带缆参数及工作环境参数，对脐带缆成缆模型进行运行动力分析，并获取脐带缆的实时受力信息及实时变形信息。
43.具体地，可采用orcaflex有限元分析软件模拟脐带缆的成缆过程，计算成缆过程中的力学参数，从而实现对脐带缆成缆模型进行运行动力分析，为脐带缆的制造提供参考。
44.s104，将实时受力信息及实时变形信息与最大许可荷载信息及最大许可变形信息进行对比，判断实时受力信息是否小于最大许可荷载信息且实时变形信息是否小于最大许可变形信息。
45.s105，判断为是时，则修改成缆控制因素以调整脐带缆成缆模型。
46.通过对对脐带缆成缆模型进行运行动力分析后，可实时提取运行动力分析过程中脐带缆的实时受力信息及实时变形信息，若脐带缆的实时受力信息及实时变形信息均超过厂家提供的最大许可荷载信息及最大许可变形信息，则需要对脐带缆成缆模型进行调整，以使成缆动力分析结果处于安全状态。
47.具体地，修改成缆控制因素以调整脐带缆成缆模型的方法如下：
48.(1)调整放线盘的直径。具体地，可通过增大放线盘的直径，从而增大放线盘的弯曲半径，以减少变形。
49.(2)调整脐带缆的放线路径。
50.由于转向角度将极大影响钢管的变形，因此，可通过将将脐带缆的放线路径由转线绞入成缆改为直线绞入成缆，以减少变形。
51.(3)调整脐带缆的放线张力。具体地，可通过减小脐带缆的放线张力，以提高脐带缆成缆安全性。
52.需要说明的是，在实际应用中，可采用上述三种方法中的任意一种或几种对脐带缆成缆模型进行调整，从而达到避免脐带缆内的钢管、电缆、填充材料等单元之间相互挤压和确保脐带缆界面的稳定性的效果。
53.由上可知，本发明通过模拟脐带缆在成缆过程中承受拉力和重力时的力学响应和截面变形特征，调整脐带缆成缆模型，为实际的成缆过程提供有效指导。
54.参见图3，图3显示了本发明脐带缆成缆耦合动力分析方法的第二实施例，包括：
55.s201，构建脐带缆成缆模型。
56.s202，获取脐带缆参数、工作环境参数、最大许可荷载信息及最大许可变形信息。
57.s203，根据脐带缆参数及工作环境参数，对脐带缆成缆模型进行运行动力分析，并获取脐带缆的实时受力信息及实时变形信息。
58.s204，将实时受力信息及实时变形信息与最大许可荷载信息及最大许可变形信息进行对比，判断实时受力信息是否小于最大许可荷载信息且实时变形信息是否小于最大许可变形信息。
59.s205，判断为是时，则修改成缆控制因素以调整脐带缆成缆模型。
60.s206，根据调整后的脐带缆成缆模型对实体脐带缆进行成缆处理。
61.需要说明的是，经过步骤s201
‑
205可构建出符合实际需求的脐带缆成缆模型，因此，在实际成缆过程中可根据调整后的脐带缆成缆模型进行处理。
62.由上可知，本发明通过模拟脐带缆在成缆过程中承受拉力和重力时的力学响应和截面变形特征的方法，得到工业化安装中合理的脐带缆单元的实际参数以及成缆机的属性，为工业化安装提供依据，精度高，误差小。
63.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。