【摘 要】
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近几年,随着我国海底管道建设的迅速发展和管道完整性管理要求的不断提高,与之相关的清管技术也越来越受到重视。而海底管道长期处于复杂、恶劣的海洋环境中,承受着复杂的载
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近几年,随着我国海底管道建设的迅速发展和管道完整性管理要求的不断提高,与之相关的清管技术也越来越受到重视。而海底管道长期处于复杂、恶劣的海洋环境中,承受着复杂的载荷,在清管过程中存在众多风险,尤其海管的卡堵和旁通问题会严重影响清管的安全和效率,研究和解决这两个问题已经迫在眉睫。本文从对清管器运行影响较大的摩擦阻力和旁通两个方面对海底管道清管时的动力学特性进行分析研究。首先分析了清管器的运动过程,过盈清管球在管道内的运动状态为平移运动,非过盈清管球的运动状态为滚动前进,而直板清管器和皮碗清管器的实际运动状态都是保持总体向前平移运动的同时存在一定的不规则转动,且相比于碟形皮碗清管器,锥形皮碗清管器具有更好的通过性和适应性。另外,变径阀的扩径对清管器的运动也具有重要影响。分析聚氨酯弹性体物性对清管动力学特性的影响,建立了清管过程中三种清管器的受力模型,通过力学公式推导得到三种清管器在水平光滑管段运行时受到的径向挤压力和摩擦阻力的计算方法,尤其在直板清管器的受力分析中解决了变截面悬臂梁惯性矩的求解问题。将直板清管器的计算结果与现场试验进行了对比,对比发现误差小于15%,处于合理范围内。根据此方法可以在清管前预估摩擦阻力的大小,为清管方案的制定和清管器的选择提供依据和理论支持。利用Fluent二维瞬态动网格技术,对清管器运行过程中的旁通特性进行了数值模拟,分析了清管器旁通的发展变化及其影响因素,并对炮弹型泡沫清管器和清管球的旁通特性及密封性能进行了对比。在清管球旁通模拟中发现,由于旁通射流的影响,清管球前会出现明显的涡流,而后方基本无扰动。旁通流速随压差增大而升高的趋势是逐渐减缓的,为幂函数关系。且在相同旁通率下泡沫清管器的旁通量远小于清管球的旁通量,密封效果更好,运行也更加平稳。
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