Denne rapport omhandler udviklingen af et nyt design, af en bøjningsstiver til fleksible rør
i olieindustrien. Arbejdet er udført i samarbejde med National Oilwell Varco Denmark
I/S (NOV), som har leveret opgavebeskrivelsen for projektet. Rapporten er udarbejdet,
som en speciale afhandling på kandidatuddannelsen i Design af Mekaniske Systemer på
Aalborg Universitet.
Formålet med projektet er at udvikle og designe en ny bøjningsstiver, med lavere isolationsevne.
Dette skyldes, at det nuværende design er årsag til, at overfladen på de fleksible
rør nedbrydes, fordi temperaturen er for høj ved bøjningsstiveren. Rørets overflade der
er lavet af polyamid ældes og hydrolyse processen (reaktion med vand) fremskyndes, når
temperaturen er for høj. Det nuværende design af bøjningsstiveren er lavet af polyuretan,
som har en relativ høj isolationsevne. Virksomheden, NOV, ønsker et nyt design
med den samme mekaniske opførsel, som den nuværende bøjningsstiver. Rapporten lægger
ud med, at bestemme opførslen af den nuværende bøjningsstiver for, at etablere en
reference opførsel, der kan benyttes til, at tilpasse opførslen af det nye design. Derudover
analyseres det nuværende design også termisk, for at bevise, at temperaturen er et
reelt problem. Dernæst undersøges de omgivelser og ydre påvirkninger der kunne have
indflydelse på designet af bøjningsstiveren. Analysen af den nuværende bøjningsstiver
efterfølges af en kravspecifikation, der er delt op i primære og sekundære krav, som designet
skal opfylde.
Designfasen tager form efter kravspecifikationen og bygger på en metode udviklet til industriel
produkt design. Designfasen går gennem nogle trin, hvorved de bedste intuitive
design forslag kommer videre. Denne del af projektet slutter med et konceptdesign, der
består af næsten udelukkende af stål, hvilket har forholdsvis ringe isolationsegenskaber.
Dette design optimeres mod den rette mekaniske reference opførsel bestemt tidligere
i projektet. Ved denne optimering opstår nogle problemer i opførslen, som er design
betinget. Herefter bliver designet ændret til en kombination af konceptdesignet og det
nuværende design. Dette design optimeres ved brug af Finite Element Methods og optimeringsalgoritmer.
Dette gøres for at opnå den ønskede opførsel. En termisk analyse
udføres hvor konvektion er inkluderet, for at bevise at temperatur kravet er overholdt i
det nye design. Dette design raffineres i forhold til design detaljer, formålet med disse
detaljer er bl.a. at undgå styrkemæssige problemer, som fx kærvfølsomhed.
Oprindeligt var det ikke en del af projektet, at modellere det fleksible rør, da en model
af denne skulle være givet fra projektstart. Denne model udeblev imidlertid og derfor
blev en model udviklet i projektet. Denne model har til formål, at bestemme den ækvivalente
bøjningsstivhed af røret. Modellen er baseret på en række videnskabelige artikler
omhandlende modellering af rør. Kapitlet om rørmodellering beskriver tre ækvivalente
stivheder, baseret på forskellige bøjningstilfælde af røret.
Efter at røret er modelleret, kan styrken af det nye design evalueres. Det viser sig, at det
nye design ikke er stærkt nok og kan ikke dimensioneres til den rette styrke uden at gå
på kompromis med den mekaniske opførsel, hvilket er uhensigtsmæssig. En procedure
for udmattelses beregninger var udarbejdet, men da den statiske styrke ikke var overholdt,
var der intet incitament for, at bestemme udmattelses levetiden. Dog er udmattelses proceduren
præsenteret i appendiks for den interesserede læser.
Projektet efterlader et åbent designforslag, med basis for videreudvikling. Med dette projekt
er alt forarbejdet gjort, for at kunne udvikle en ny bøjningsstiver. Alle nødvendige
data og modeller er udviklet og samlet, hvilket ikke var tilgængeligt før dette projekt. Især
bør det bemærkes at projektet bidrager med en modellering af det fleksible rør, som kan
anvendes til, at bestemme en ækvivalent stivhed for røret.