新型水下法兰连接机具试验样机关键技术研究

摘要

随着我国海洋石油工业逐渐从浅水区域向深海发展,迫切需要用于海底管道连接的自动连接设备。水下法兰连接机具是海底管道连接设备中的核心设备,主要用于连接管道法兰。本课题源自国家“863”项目“深水海底管道铺设技术”子课题“深水海管水下回接技术及AUT检验设备国产化技术研究”(课题编号:2006AA09A105-4)。本论文研究的主要内容是完成新型水下法兰连接机具试验样机设计及相关技术分析。
　　 首先,论文介绍了水下法兰连接机具的国内外发展概况,根据国内外机具的相关技术和经验,通过对水下法兰连接机具第二代虚拟样机的分析,深入研究液压拉伸法对法兰螺栓进行拉伸预紧的基本原理,按照ASME规范新方法对螺栓预紧力进行分析、计算,结合水下法兰连接机具的工作环境和技术要求,提出了新型水下法兰连接机具试验样机的总体设计方案。
　　 其次,根据新型水下法兰连接机具试验样机的总体结构方案,对其螺栓库、螺母库及螺栓拉伸机构进行详细地分析与三维设计,同时完成关键零部件的结构强度与刚度分析,通过虚拟装配和运动仿真验证结构设计的合理性;重点对螺母引入结构进行原理分析,并运用仿真软件对其进行运动学仿真,通过螺母引入结构样机试验,验证螺母引入结构设计的可行性;在法兰连接机具库体开合结构原理分析和动力学仿真的基础上,对库体的开合结构进行优化设计。
　　 最后,对处于预紧状态和压力试验状态下的法兰连接系统,分别进行紧密性分析、可靠度分析与强度分析,研究法兰连接系统的密封性能以及预紧力和管道内压对法兰密封性能的影响。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题来源、目的及意义

1.2.1 课题来源

1.2.2 课题研究目的

1.2.3 课题研究意义

1.3 国内外水下法兰连接机具的发展概况

1.3.1 国外水下法兰连接机具发展概况

1.3.2 国内水下法兰连接机具发展概况

1.4 论文的主要研究内容

第2章 新型水下法兰连接机具的总体方案研究

2.1 引言

2.2 新型水下法兰连接机具试验样机的总体方案设计

2.2.1 新型水下法兰连接机具试验样机工作前提条件分析

2.2.2 法兰连接系统相关参数分析

2.2.3 水下法兰螺栓预紧方案分析

2.2.4 ASME新规范设计螺栓预紧力

2.3 新型水下法兰连接机具试验样机总体结构方案

2.3.1 新型水下法兰连接机具试验样机总体结构

2.3.2 新型水下法兰连接机具试验样机技术要求

2.3.3 新型水下法兰连接机具试验样机工作流程

2.4 本章小结

第3章 新型水下法兰连接机具的结构设计与分析

3.1 引言

3.2 水下法兰连接机具结构设计

3.2.1 螺栓库结构设计

3.2.2 螺母库结构设计

3.2.3 螺栓拉伸机构结构设计

3.3 库体结构静力学结构分析

3.3.1 上库体基架结构分析

3.3.2 左库体基架结构分析

3.4 小结

第4章 新型水下法兰连接机具运动与动力学研究

4.1 引言

4.1 螺母引入结构运动分析

4.2.1 螺母引入运动工作原理

4.2.2 螺母引入结构运动学仿真

4.2.3 螺母引入试验样机结构设计

4.2.4 螺母引入结构样机参数

4.2.5 螺母引入结构样机试验

4.3 库体开合结构动力学分析

4.3.1 库体开合结构工作原理

4.3.2 库体开合结构动力学仿真

4.3.3 库体开合结构优化设计

4.4 小结

第5章 法兰连接系统的密封性能研究

5.1 引言

5.2 法兰连接系统的紧密性分析

5.2.1 垫片变形量计算

5.2.2 螺栓变形量计算

5.2.3 法兰轴向变形量计算

5.2.4 法兰连接系统的变形协调方程

5.2.5 法兰连接系统的紧密性设计

5.3 法兰连接系统的可靠度分析

5.3.1 垫片密封可靠度计算

5.3.2 螺栓强度可靠度计算

5.3.3 法兰强度可靠度计算

5.4 法兰连接系统的有限元分析

5.4.1 建立法兰连接系统分析模型

5.4.2 预紧状态下法兰连接系统结构分析

5.4.3 压力试验状态下法兰连接系统结构分析

5.5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢