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Sonntag, 24. September 2017
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Flexible Rohre

Optimierte Konstruktion flexibler Rohre für die Öl- und Gasförderung in der Tiefsee

Flexibles Rohr für Öl und Gas Industrie

 

1 Walzprofilier-Prozess:
COPRA® RF and COPRA® FEA RF für die Konstruktion und Simulation von Profilen

2 Massivumform-Prozess:
COPRA® FEA RF Wire Rolling für einfache und schnelle Verifizierung

Öl Plattform

Die Erschließung von Öl- und Gasvorkommen in der Tiefsee stellt eine der größten Herausforderungen für die Förderindustrie dar. Für den Förderprozess kommen idealerweise flexible, mehrschichtige Rohre zum Einsatz, die den enormen Umgebungsdrücken in Tiefen über 1.000 Metern standhalten, korrosionsbeständig und wiederverwendbar sind.

Der Auslegung speziell profilierter Verstärkungen aus verschiedenen Metallwerkstoffen kommt im Konstruktionsprozess eine besondere Bedeutung zu. Für die komplexen Konstruktions- und Simulationsprozesse bieten die von data M entwickelten CAD-Lösungen COPRA® RF eine professionelle Basis. Sie optimieren die Konstruktion der Draht- und Blechprofile, der dafür notwendigen Rollforming-Werkzeuge sowie den Wickelprozess von Metallprofilen zu einer stabilen Rohrkarkasse. Mit dem breiten Funktionsumfang reduziert diese Software in hohem Maße den Zeitaufwand für den Konstruktionsprozess und schließt zudem dank leistungsfähiger Simulationen das Risiko von Fehlkonstruktionen weitgehend aus.

Spezialisierte Software vereinfacht den Konstruktionsprozess für flexible Karkassen aus gewickelten Profilen

Problem: Welligkeit an Profilkanten
Häufiges Problem: Welligkeit an den Profilkanten (zum Vergrößern anklicken)

Die innere Schicht des Rohrs besteht aus metallischen Verstärkungsprofilen, die um die Rohr-Längsachse gewickelt und über ihre Profilierung miteinander formschlüssig verbunden sind. Die Herstellung der Karkasse bedeutet eine zweifache Beanspruchung für das Material, denn das Blech wird zuerst profiliert und anschließend aufgewickelt. Ein häufig auftretendes Problem beim Wickelprozess stellt das ungewollte Auftreten von Welligkeiten an den Profilkanten dar.

Wenn das Ausgangsprofil für den Wickelprozess nicht innerhalb bestimmter Toleranzen liegt, können die Stabilität und die Flexibilität der Karkasse nicht mehr gewährleistet werden. Die Folgen eines Bruchs in der Karkasse wären verheerend!

Durchgehende Prozesskette erlaubt frühzeitige Fehlererkennung

Die data M bietet für derart komplexe Konstruktionsprozesse praxisbewährte und ausgereifte Lösungen: COPRA® RF zur Konstruktion des Profils und COPRA® FEA RF für die Simulation des Profiliervorgangs und des Wickelprozesses.

Die FEA-Simulationen importieren die zuvor erzeugten Profil- und Werkzeugdaten und berechnen die auftretenden Verformungen im Profil. Dadurch dass die Simulation des Karkassen-Wickelprozesses alle vorliegenden Informationen über die im ersten Schritt – der Profilierung des Blechs – auftretenden Materialverformungen mit einbeziehen kann, sind bei einem positiven Simulationsergebnis Probleme bei der nachfolgenden praktischen Realisierung mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit auszuschließen.

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Video: COPRA® FEA RF Wickelprozess

Simulationen mit COPRA® FEA RF erlauben vielfältige Untersuchungen direkt am Bildschirm, also unter Umgehung von Prototypen- und Maschineneinsatz. Somit hat der Konstrukteur die Möglichkeit, auf einfache Weise mehr über Einflüsse verschiedener Materialien zu erfahren oder auch den minimalen Radius für einen geplanten Wickelprozess zu ermitteln. Bei jeder Simulation sammelt er neues Spezialwissen, das bei zukünftigen Projekten eine wertvolle Unterstützung darstellt.

COPRA® RF deckt auch Massivumform-Prozesse ab

COPRA® RF Wire Rolling Software für Drahtwalzen
COPRA® RF Wire Rolling (zum Vergrößern anklicken)

Eine weitere Herausforderung bei der Konstruktion flexibler Förderrohre ist die Herstellung der Druckarmierungen. Sie werden ebenfalls mit Hilfe eines Wickelprozesses aus Z-förmigen Profil gefertigt. Als Ausgangsmaterial für dieses Profil dient massiver Rundstahl, der zunächst entsprechend der Z-Form profiliert werden muss.

Da hierbei Halbzeug bis 32 mm Durchmesser zu verarbeiten ist, erfordert der Umformprozess zum Z-Profil sowohl entsprechend leistungsfähige Werkzeuge bzw. Maschinen als auch einen erfahrenen Konstrukteur! Die Software COPRA® RF Wire Rolling bietet hierfür u. a. mit der automatischen Auslegung der einzelnen Umformstufen auf Basis des Ausgangs- und Endquerschnitts des gewünschten Profils eine hocheffiziente Unterstützung. Ebenso prozessoptimierend ist die interaktive Auslegung der Umformstufen auf Basis von Erfahrungswerten: Der Konstrukteur zeichnet die von ihm geplanten Umformstufen und anschließend lassen sich die Konturen für alle erforderlichen Rollwerkzeuge automatisch ableiten oder interaktiv generieren.

Ein wesentliches Element der durchgängigen Rollforming-Lösungen von data M bildet die einfache und schnelle Verifizierung der erzeugten Werkzeugrollen mit Hilfe von COPRA® FEA RF Wire Rolling. Ein optimierter FEM-Berechnungskern führt eine schnelle Simulation des geplanten Umformprozesses aus. Dank der Leistungsfähigkeit der Software ist die Analyse eines kompletten Umformprozesses bereits innerhalb von 20 bis 30 Minuten abgeschlossen, wodurch die Ergebnisse von Modifikationen schon innerhalb kurzer Zeit vorliegen.

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Video: COPRA® FEA RF Wire Rolling