深海管道法兰连接机具的设计与仿真分析

深海管道法兰连接机具是一种应用于深水回接的特种机具,可以完成远程操控的法兰连接作业.随着海洋石油逐渐走向深水,机具的研制将大大提高我国深水回接技术水平.设计了深海管道法兰连接机具总体结构,阐明了其工作原理,设计了机具的关键部件,即拉伸拧紧机构,其利用拉伸拧紧方式实现法兰的螺栓连接.建立了机具运动学模型,对机具的工作过程进行了数学描述,为进一步研究液压控制系统提供了理论依据.同时对机具进行了基于ADAMS的多体动力学仿真研究,验证了机构的合理性.     

深水海底管道套筒连接器设计与分析

套筒连接器用于水下生产系统海底管道末端连接,采用远程操作工具遥控安装,解决了深水高压密封和无潜快速安装的难题.论文建立了接触数学模型,通过有限元对连接器模型进行接触分析,得到接触特性,研究预紧载荷与垫片轴向载荷的关系.给出了套筒连接器系统整体方案,设计了套筒连接器,采用套筒、卡爪、高颈和透镜垫结构,利用套筒径向预紧实现...     

深水卡爪连接器防松机构研究及试验分析

针对深水卡爪连接器在工作时受到外界环境干扰造成的松动问题,本文设计了新型非螺纹防松机构。根据深水卡爪连接器密封结构特点,对防松机构受力特性进行分析,找出影响锁紧效率的主要因素,确定了卡爪连接器防松机构2个锁紧配合的角度。对卡爪连接器密封结构力学进行受力分析,得出卡爪连接器对拉力载荷的承载能力,计算出防松机构增益系数及防松力。通过运动性能试验,验证了防松压块及解锁压块与防松滑块之间的运动关系;通过等效受载试验,验证了防松机构在外载下具有良好的防松性能。研制的防松机构已经在我国南海水下320 m进行了示范应用,有重要的理论意义和推广价值。     

水下连接器结构可靠性分析

水下连接器是水下生产系统的重要组成部分,它的可靠性直接影响着水下生产系统的可靠运行。因此,为了保障水下连接器的安全运行,开展了基于故障树模型的水下连接器可靠性分析。通过构型分析及简化,确定连接器结构研究对象。基于连接器结构分析和失效模式分析建立故障树,通过故障树定量分析得到了连接器结构可靠度、平均无故障时间以及可靠寿命等可靠性指标。求解了连接器各部件重要度。结果表明:相同工作环境下,底座下接头比卡爪上接头和防松结构可靠度更高,不容易失效。卡爪上接头关键重要度最高,是水下连接器结构的薄弱环节,应重点维护。     

非标法兰连接系统结构设计及应力分析

法兰、垫片、螺栓连接系统是压力容器及管道设计中的重要内容,同时也是工程设计及使用过程中容易出现问题的关键部位.由于工程应用需要,对公称直径为450 mm的非标管道法兰、垫片、螺栓以及阀门连接系统进行了设计,开发出膨胀石墨和0Cr18Ni10Ti两种材料覆合的新型垫片.同时,将该系统作为一个整体,考虑到法兰旋转、内压对法兰、垫片、螺栓以及阀门的受力与变形的影响,应用三维有限元技术,分析在螺栓预紧过程和加压过程中法兰连接系统的整体应力分布.结果表明,法兰、螺栓等的应力强度满足要求,垫片应力及残余压紧压力满足密封要求,设计的非标法兰连接系统结构合理,应力分布均匀,使用情况良好.     

深水管道法兰连接机具的设计与试验研究

针对深海作业环境,采用自动法兰连接机具完成石油管道法兰连接可以有效地提高管道的铺设及维修效率.本文分析了管道法兰连接的作业流程,提出了法兰连接机具的总体设计方案,同时完成了螺母库及拉伸器库的三维结构设计.通过ADAMS仿真软件对螺母库的螺母引入机构进行运动学仿真,结果验证了其结构方案的可行性.分析了螺母引入机构工作过程中所受摩擦阻力和连接螺栓所需的预紧力,为法兰连接机具液压系统的设计提供了理论依据.通过管道法兰的陆上连接试验验证了法兰连接机具设计的合理性.     

水下连接器密封性能分析及实验研究

针对水下连接器需要具有良好可靠性的问题,对连接器的密封性能进行了研究。通过对卡爪式连接器的密封圈进行弹性力学分析,用数学模型揭示了金属密封机理,并根据其受力形式计算了密封比压;根据密封比压公式对密封圈密封面的角度进行了改进,提出了一种新型复合式内外压密封结构。经过有限元仿真分析及样机试验研究,验证了新型密封圈所需的预紧力载荷只有82 t,比原始的标准透镜式密封圈预紧力载荷小了将近30 t,证明了新型复合式内外压密封结构的优越性。     

浅水受限区水下油气田开发方案

针对国内浅水油气资源开发环境影响及空间受限等问题,本文提出了国产浅水水下生产系统的总体设计方案。通过对浅水水下生产系统关键设备结构进行分析,提出了一种满足受限区海域开发要求的环境友好型设计思路。结果表明：通过系统和总体布置的设计,国产浅水水下生产系统与深水相比在单体重量、作业方式、维护检修方面更加经济。     

水下液压油路对接装置的结构及精度研究

为解决遥控潜水器(ROV)与水下作业机具机械结构联接和油路对接的难题,根据深水海底油气管道回接作业需求,提出了一套ROV与水下作业机具液压油路对接装置的设计方案.设计了具有滑台座的柔顺液压接头,以补偿对接装置初定位误差,降低对初定位精度的要求,从机械结构上保证了液压油路的精确对接.基于概率理论建立了油路对接成功概率模型,得到了对接成功概率与油路插头的尺寸精度、位置精度的关系.利用Matlab软件对油路插头精度进行数值计算,结果表明,该装置的油路对接成功率可达94.81%,验证了油路对接成功概率模型的合理性.     

预紧卡箍式快开结构的安全强度分析

在卡箍式快开过滤器设计过程中,预紧后结构的强度是重要的安全校核问题.利用有限元法建立卡箍式快开过滤器的结构模型,在建模过程中针对卡箍、法兰及上、下法兰之间的实际接触状态,模拟在同时施加预紧力和内压情况下,卡箍与法兰及上、下法兰之间的接触状态变化过程.通过分析计算结果,不但获得卡箍式快开过滤器整体结构的压力分布,还获得各接触面上详细的接触压力分布状态即非均匀分布,从而能够按照JB4732-1995对结构危险截面进行较全面的应力强度评定.