水下阀门仿真试验技术在海洋装备教学中的应用(2)
3 基于SimulationX的深水阀门及执行机构的动态仿真分析
下面基于SimulationX软件对深水阀门及执行机构进行动态仿真分析,当学生们通过建模了解深水阀门的动态机理后,为有更加深刻的直观感受,通过仿真分析这一技术即可使学生由内而外深入掌握深水阀门的动作过程。SimulationX软件里的海洋库功能模块的一大特点即用户可利用Type Designer工具自定义标准深水装备元件,且能对标准深水元件进行扩展、对已有深水模型进行封装以及对所建模型加密,且具有良好的开放性、继承性和保密性[5-7]。
3.1 主要技术参数
以我国南海某深水油田中的液压执行机构为例,其水深1 500 m;液压开启压力20.7 MPa;执行机构的液压缸内径180 mm;活塞杆直径90 mm;深水阀杆直径50 mm;执行机构活塞杆导流孔直径10 mm;活塞杆导流孔长度480 mm;行程120 mm;弹簧刚度221.7 kN/m;活塞杆及其从动部件质量1.245 t;弹簧预压缩量295 mm;闸阀的最大开启阻力为59.6 kN,最大关闭阻力为29.8 kN。
3.2 仿真结果
通过SimulationX软件的海洋库对执行机构的开启和关闭过程进行动态仿真,在SimulationX软件中建立仿真模型,如图4所示。仿真结果如图5~10所示,曲线清晰表明了执行机构开启和关闭过程中活塞的速度、液压腔流量及负压腔流量的变化。从图中可以看出,流量变化与速度变化基本同步;由于液压腔和负压腔的活塞杆外径不同,导致其流量在大小上有所差异。在此基础上,学生可以对相关海洋模块进行相应的增减,通过模块化的操作,使学生根据课堂中吸收的海洋工程理论知识,进行个性化的优化设计,此举可以锻炼学生进行较为基础的工程设计工作,特别是一些总体方案设计,从而为今后从事相关行业的工作打下一定基础。
图4 SimulationX执行机构液压仿真模型
图5 开启时活塞的速度曲线图6 开启时液压腔的流量曲线图7 开启时负压腔的流量曲线图8 关闭时活塞的速度曲线图9 关闭时液压腔的流量曲线图10 关闭时负压腔的流量曲线
通过Simulation X软件将前期的理论建模知识与仿真验证实验结合起来,使理论与实际相结合、学以致用,学生对此非常投入,增强了对水下生产控制系统、水下阀门及执行机构等知识与技术的理解,掌握了许多相关的知识点。此外,在同样的组件设备基础上,可以开展其他水下装备系统设计,例如水下连接器系统、水下通信系统、水下管汇系统。而模块化的设计可以使得学生可以自主进行优化设计,在现有课程安排的基础上,对他们充分利用时间与相关仿真软件有非常好的帮助。从实践来看,提高了教学效果。
4 结语
本文以“海洋工程设计”课程中的“深水阀门及执
行机构”教学内容为例,探讨深水阀门及执行机构的动作机理,并根据动作机理建立数学模型。在此基础上,结合Simulation X软件,对深水阀门及执行机构进行动态仿真分析。将动态机理建模和Simulation X软件仿真技术紧密结合,形成一套完备的水下阀门及执行机构仿真实验平台,通过此平台可以继续模块化的学习水下生产系统的相关组件。一方面学生能够系统地学习理论知识,掌握深水阀门及执行机构的基本原理与技术;另一方面有助于提高学生解决实际深水工程问题的能力,从而提升教学质量。
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文章来源:《海洋工程》 网址: http://www.hygczz.cn/qikandaodu/2020/1121/461.html