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深水管道位姿测量装置结构设计及样机研制

作　者: 张佰正
导　师: 王茁
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 管道位姿深水测量磁耦合张紧绳
分类号: TE973
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本课题来源于国家“863”计划重大专项“深水海底管道铺设技术”,研究目的为研制出具有自主知识产权的深水管道位姿测量装置工程样机,以用于测量水下两管道的相对位置和法兰螺栓连接过程中各设备的相对位置,实现专用铺管设备国产化技术研究。本文介绍了现有的水下测量方法以及国内外管道位姿测量装置的发展现状。基于张紧绳测量方法的工作原理,提出了深水管道位姿测量装置的总体方案,包括机械结构、控制系统设计方案以及深水作业方法的初步研究。论文对管道测量装置的机械结构进行了详细设计,征对深水复杂环境,利用磁耦合技术将装置中动密封部件转化为静密封结构设计,降低了装置中结构设计难度。利用有限元分析方法,对装置耐压部件进行了强度校核。在检测绳张紧实验的基础上,利用悬索理论详细研究了检测绳张紧情况下的曲线方程,结合实验数据,得出了检测绳在测量范围内垂度与张紧力的对应数值关系。结合打压实验结果,验证了工程样机关键部件结构强度和密封性能。征对水下管道不同姿态,设计了测量实验平台。通过陆上以及水下测量实验,验证了工程样机水下测量的可行性。

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摘要 5-6ABSTRACT 6-10第1章绪论 10-18 1.1 课题研究背景、目的及意义 10-11 1.2 水下测量方法 11-14 1.2.1 张紧绳测量方法 11-12 1.2.2 水声测量方法 12-13 1.2.3 惯性导航测量方法 13 1.2.4 其它水下测量方法 13-14 1.3 管道位姿测量技术国内外发展概况 14-17 1.3.1 管道位姿测量技术国外发展概况 14-16 1.3.2 管道位姿测量技术国内发展概况 16-17 1.4 论文研究主要内容 17-18第2章深水管道位姿测量装置的总体方案研究 18-29 2.1 张紧绳测量装置的工作原理分析 18-20 2.2 深水管道位姿测量装置总体方案设计 20-23 2.2.1 深水管道位姿测量装置设计要求 20 2.2.2 深水管道位姿测量系统总体方案 20-23 2.3 深水管道位姿测量系统的总体结构 23-28 2.3.1 深水管道位姿测量装置机械结构 23-24 2.3.2 深水管道位姿测量装置控制系统 24-26 2.3.3 深水管道位姿测量装置工作流程 26-28 2.4 本章小结 28-29第3章深水管道位姿测量装置的结构研究 29-50 3.1 深水管道位姿测量装置的机械结构 29 3.2 深水管道位姿测量装置主体结构研究 29-36 3.2.1 绳长检测机构研究 30-32 3.2.2 角度测量机构研究 32-34 3.3.3 对接机构研究 34-36 3.3 管道夹紧机构研究 36-39 3.4 卷绳绞车研究 39-49 3.4.1 卷绳绞车扭矩传递方式研究 40-42 3.4.2 磁耦合绞车驱动力矩研究 42-44 3.4.3 卷绳绞车关键部件强度分析 44-49 3.5 本章小结 49-50第4章检测绳张紧状态下曲线方程及受力研究 50-71 4.1 检测绳受力微分方程分析 50-51 4.2 检测绳张紧状态下曲线方程研究 51-55 4.2.1 重力载荷沿跨度分布时检测绳曲线形状研究 52-53 4.2.2 重力载荷沿绳长分布时检测绳曲线形状研究 53-55 4.3 检测绳绳长计算公式研究 55-60 4.4 检测绳张紧力研究 60-67 4.4.1 检测绳张紧力理论推导 60-61 4.4.2 检测绳张紧力试验研究 61-64 4.4.3 检测绳张紧力试验数据拟合 64-67 4.5 检测绳张紧状态下振动研究 67-68 4.6 检测绳深水环境下外力研究 68-70 4.7 本章小结 70-71第5章深水管道位姿测量装置控制系统研究 71-79 5.1 控制系统结构形式 71-72 5.2 下位机控制系统研究 72-76 5.2.1 信号采集系统研究 72-75 5.2.2 绞车电机驱动系统研究 75-76 5.3 上位机监测系统研究 76-78 5.3.1 监测软件图形界面设计 76-78 5.3.2 监测软件串口通讯设置 78 5.4 本章小结 78-79第6章深水管道位姿测量装置工程样机实验研究 79-93 6.1 工程样机压力试验研究 79-85 6.1.1 压力实验方案设计 79-80 6.1.2 压力实验条件 80-81 6.1.3 压力实验结果研究 81-85 6.2 工程样机测量实验研究 85-91 6.2.1 测量实验平台设计 85-87 6.2.2 测量装置陆上实验研究 87-90 6.2.3 测量装置水池实验研究 90-91 6.3 本章小结 91-93结论 93-94参考文献 94-97攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 97-98致谢 98

深水管道位姿测量装置结构设计及样机研制

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