大型清管器橡胶皮碗厚度对其刚度特性的影响.pdf

2015年第44卷
石油矿场机
第4期第12页
OIL FIEID EOUIPMENT
2015,44(4):12-18
文章编号:1001-3482(2015)04-0012-0
大型清管器橡胶皮碗厚度对其刚度特性的影响
张行,李庆,刘书海,张仕民
(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院,北京102249)
摘要:橡胶皮碗是直板清管器上的重要组件,起到建立清管器前后压差、推出管道杂物等作用,其厚
度直接影响橡胶皮碗的刚度特性。为了解大型清管器橡胶皮碗的特性,以管径o1016mm、壁厚
21mm的X70管道为研究对象,建立用于清管器橡胶皮碗二维轴对称有限元模型;计算分析橡胶
皮碗在管径1016mm、厚度为8~25mm时与管壁的接触压力、接触应カ、弯曲应カ、轴向弯曲頭
离、弯曲角度和弯囱直径的变化趋势;拟合出了以櫲胶皮碗厚度为参数的清管器胶皮碗等效刚度
曲线。
关键词:清管器;橡胶皮碗;有限元;等效刚度
中图分类号;TE973.8
文献标识码:A
doi:10.3969/j.issn.1001-3482.2015.04,004
Effect on Stiffness Characteristics of Large Bi-directional PIGS
Rubber Sealing Disc by Its Thickness
ZHANG Hang, LI Qing, LIU Shuhai, ZHANG Shimin
(College of Mechanical and Trans poration Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)
3结论
[2]陈勇,卢选民.国内外电缆地层测试器新进展[J].石油
1)在轴向载荷作用下,螺纹牙根部应力值较
矿场机械,2013,42(3);:27-31
其他部位大。各螺纹牙应力分布不均匀,螺纹两端[L3]陶世军,刘剑辉,马建强,等,钴铤螺纹有限元分析及优
及退刀槽处应力集中严重影响了电缆式地层测试器
化改进[J了」.石油机械,2009,37(10):52-53,56
的抗拉性能。随着载荷的增大,接头螺纹应力峰值[4张幼振?石智军,田东庄,等?高强度大通孔钻杆接头圆
不断增大。
锥梯形螺纹的有限元分析及改进设计[J].煤炭学报
2)在相同载荷作用下,2种不同尺寸的接头
2010,35(7):1219-1223.
螺纹应力分布趋势基本相似,且尺寸为T85.5×2.5[5]牟新明,李鹏,张福,等.顶驱中心管接头螺纹连接性能
的螺纹应力值远高于尺寸为T110×3的接头螺纹。
分析[J].石油矿场机械,2009,38(8):24-29
3)数值仿真表明,接头螺纹能承受3种不同
6]石亦平,周玉蓉 ABAQUS有限元分析实例详解[M].
工况下的轴向拉伸载荷,这与室内试验结果吻合
北京:机被工业出版社,2008
7温纪宏,陈国明,畅元江,等.隔水导管嵲纹接头连接性
参考文献
能研究[J.石油矿场机械,2012,41(12):17-20.
[1]周明高,刘书民,冯永仁,等.钻井中途油气层测试仪[8]朱加强,昌庆钢.锯齿形螺纹接头油管连接强度影响因
(FCT)研究进展及其应用[「].测井技术,2008,32(1)
素研究[丁.石油矿场机械,2014,43(9):48-51
收稿日期:2014-09-29
基金项目:教育部新世纪优秀人オ支持计划项目“智能天然气管道机器人运动过程摩擦学行为及其控制技术研究”
(NCET-13-1028)
作者简介:张行(1988-),男,渤北黄冈人,博士研究生,主要从事管道机器人运动规律及其动力学特性研究,E-mail
zhanghang25(@126.com
第44卷第4期
张行,等:大型清管器橡胶皮碗厚度对其刚度特性的影响
13
Abstract: As an important component of Bi-directional PIG, rubber sealing disc can establish a
pressure difference before and after the PIG, cleaning the debris in pipeline, and so on. Equivalent
stiffness property is different if interference of sealing disc is different. To understand the stiff
ness characteristics of sealing disc during pigging, taking pipe X70 whose diameter is 1 016 mm
and thickness is 21 mm as studying object. The main contents are as follows: Built a two-dimen-
sional axisymmetric finite element model and calculate the model to get results of models whose
thickness between 8 to 25 mm. The relationship between positive pressure, contacting stress, ben
ding stress, bent axial distance relationship, bending angle, bending diameter and thickness were
analyzed. The fitting formula was obtained, whose independent variables is thickness, so once you
know the thickness can get access to each property value.
Keywords: PIG; rubber sealing disc; finite element; equivalent stiffness
清管器、通径仪、内检測器等皮碗式管道机器人
由于本文主要研究橡胶皮碗的等效刚度,因此
泛称清管器,主要由清管器本体与橡胶皮碗组成。不考虑管壁对橡胶皮碗的摩擦力等影响因素。
2组橡胶皮碗分别固定在清管器前后端,主要起支1.2有限元建模与计算
撑清管器、刮削管壁、紧贴管道内壁,使清管器在管
在 ABAQUS中建立橡胶皮碗二维轴对称模
道前后压差的作用下前进的作用。橡胶皮碗通常由型7,如图2所示。此模型由橡胶皮碗和管道组
聚氨酯橡胶材料制成?是清管器的重要组成部分。成。橡胶皮碗材料采用邵氏硬度为70的聚氨酯橡
橡胶皮碗对于清管器的作用类似于汽车轮胎对于汽胶皮碗。管道材料采用X70钢,其弹性模量为206
车的作用,清管器在管道中运行类似于汽车在道路GPa,泊松比为0.3,管道规格为ol016mm×26.2
上行驶:但不同于汽车道路的是,管道周向限制了清mm。其中,橡胶皮碗和管道单元形状均为六面体,
管器的自由度。清管器皮碗与管壁之间的耦合作用橡胶皮碗采用CAX4H单元,管道部分均采用
是引起清管器振动的主要原因2。橡胶皮碗的刚度CAx4单元。按