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试述切割海洋平台桩腿齿条精密氧气切割工艺大专

收藏本文 2024-03-29 点赞:22706 浏览:98650 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:桩腿齿条是自升式钻井平台升降系统的核心零部件,承载着平台的全部重量和载荷,是整个海洋平台的最主要的支撑部件,其制造精度要求高、难度大、是自升式钻井平台建造的关键零部件之一。桩腿齿条的成形加工,在国外均采取数控精密火焰切割工艺完成,一次成形达到设计要求,不再进行机械加工。目前,国际上各大公司对桩腿齿条的加工成形工艺策略都采取严格的保密措施,我国对桩腿齿条的需求主要依靠进口,供货周期长、昂贵。由此,对国际主流型号的海洋平台桩腿齿条的精密氧气切割工艺的探讨,形成自主知识产权的专用技术,并实现产业化,对提升提升我国在国际海洋平台建造市场的竞争能力,进一步进展我国海洋油气资源勘探开发,缓解日益严峻的能源安全不足,具有实际作用。本课题针对CJ46、JU2000两种国际主流型号的海洋平台桩腿齿条,采取双割炬同步对称切割工艺,进行了1:1试验件的精密氧气切割试验。试验结果表明,切割成形的桩腿齿条试验件符合国际设计公司的生产制造标准,其质量与国际产品一致,同时制定的切割工艺与配套的工装设备满足海洋平台桩腿齿条的生产制造要求,为海洋平台桩腿齿条的自主生产奠定了试验基础。利用流场模拟软件FLUENT进行割嘴流场的CFD数值模拟初步探讨,成功实现了预热火焰流场+切割氧射流流场的数值模拟,并结合试验浅析了301-4型内混式等压割嘴、EPOCH-Z200型外混式快速割嘴两种割嘴流场特性,为割炬割嘴的设计以及切割工艺的优化奠定了初步的论述基础。通过桩腿齿条切割表面质量试验探讨切割速度对海洋平台桩腿齿条切割表面质量的影响。试验探讨得出,在155-165mm/min切割速度范围内,可以获得符合海洋平台桩腿齿条生产制造标准的切割表面质量,其中在160mm/min切割速度条件下,割缝宽度5mm,切割平面度1.3mm,割纹深度0.25mm,后拖量0.05mm,上沿熔化度0.5mm,无缺陷及挂渣。在此切割速度范围内进行海洋平台桩腿齿条的精密切割可较大程度提升其切割表面质量,优化了海洋平台桩腿齿条氧气切割速度工艺参数。采取金相试验的策略,浅析了桩腿齿条不同部位切割断面热影响区的组织、性能,探讨了其对桩腿齿条利用性能的影响。试验结果表明,在本课题氧气切割工艺参数条件下,海洋平台桩腿齿条工作表面硬度高,芯部韧性好、强度高,整体综合性能良好,切割断面热影响区组织有助于提升海洋平台桩腿齿条的耐磨性及利用寿命,符合齿轮齿条啮合工作历程的设计要求。关键词:桩腿齿条论文精密氧气切割论文割嘴流场论文热影响区论文切割质量论文

    摘要4-5

    Abstract5-10

    第1章 绪论10-21

    1.1 课题来源10

    1.2 课题目的及作用10-15

    1.3 桩腿齿条成形近况15-20

    1.3.1 国外近况15-19

    1.3.2 国内近况19-20

    1.4 主要探讨内容20-21

    第2章 氧气切割质量主要影响因素21-37

    2.1 引言21-22

    2.2 切割氧22-25

    2.2.1 切割氧纯度22-25

    2.2.2 切割氧流量、压力及氧流形状25

    2.3 预热火焰25-30

    2.3.1 预热火焰的作用25-27

    2.3.2 预热火焰的选用及能率27-30

    2.4 材料成分、表面状态及初始温度30-33

    2.4.1 材料成分31-33

    2.4.2 表面状态33

    2.4.3 初始温度33

    2.5 切割速度及割嘴高度33-35

    2.5.1 切割速度33-35

    2.5.2 割嘴高度35

    2.6 环境、设备35-36

    2.7 本章小结36-37

    第3章 桩腿齿条精密氧气切割37-62

    3.1 引言37

    3.2 切割工艺浅析37-51

    3.2.1 设计参数及生产制造标准37-42

    3.2.2 齿条材料42-43

    3.2.3 切割案例43-44

    3.2.4 预热火焰44-45

    3.2.5 割嘴45

    3.2.6 切割速度及割嘴高度45-46

    3.2.7 数控切割机46-49

    3.2.8 切割工作平台49-51

    3.3 试验前准备51-57

    3.4 桩腿齿条精密切割成形57-59

    3.5 桩腿齿条成形质量检测59-61

    3.6 本章小结61-62

    第4章 割嘴流场 CFD 数值模拟初步探讨62-81

    4.1 引言62

    4.2 切割氧射流及预热火焰湍流燃烧62-65

    4.2.1 射流的流动特点62-63

    4.2.2 预热火焰湍流燃烧63-65

    4.3 301-4 型割嘴流场模拟及浅析65-74

    4.3.1 模型建立、网格划分及边界条件66-68

    4.3.2 预热火焰温度分布68-69

    4.3.3 速度分布69-71

    4.3.4 湍流动能分布71-72

    4.3.5 氧气、丙烷及燃烧产物质量分数分布72-73

    4.3.6 割嘴实际流场形貌与模拟结果比对73-74

    4.4 EPOCH-Z200 型割嘴流场模拟及浅析74-80

    4.4.1 模型建立、网格划分及边界条件74-76

    4.4.2 预热火焰温度分布76

    4.4.3 速度分布76-78

    4.4.4 湍流动能分布78

    4.4.5 氧气、丙烷及燃烧产物质量分数分布78-80

    4.4.6 割嘴实际流场形貌与模拟结果比对80

    4.5 本章小结80-81

    第5章 桩腿齿条切割表面质量试验探讨81-88

    5.1 引言81

    5.2 切割速度对切割表面质量影响机理81-83

    5.3 试验环境、设备及材料83

    5.4 表面质量切割试验83-84

    5.5 切割表面质量及检测84-85

    5.6 试验结果及浅析85-87

    5.7 本章小结87-88

    第6章 桩腿齿条切割断面热影响区组织、性能探讨88-95

    6.1 引言88

    6.2 热影响区宏观形貌88-90

    6.2.1 宏观切片取样位置88-89

    6.2.2 热影响区宏观形貌及浅析89-90

    6.3 热影响区金相组织90-92

    6.3.1 金相组织取样位置90

    6.3.2 热影响区金相组织及浅析90-92

    6.4 热影响区硬度92-93

    6.4.1 热影响区硬度分布走势92-93

    6.4.2 结果浅析93

    6.5 本章小结93-95

    结论95-96

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