深水法兰连接机具的结构设计及水下稳定性分析

摘要

随着世界石油资源的日渐枯竭，石油资源的开发已从陆地转向海洋，从浅海转向深海。深海石油资源的开发需要在海底铺设管道，海底管道的铺设需要对管道进行法兰连接，深水法兰连接机具是进行海底管道法兰连接的专用设备，该项技术仅被少数外国公司所垄断。论文研究内容源自国家863计划——深水海底管道铺设技术，该课题要求研制具有自主知识产权的深水法兰连接机具，为我国开发深海油气资源作准备。 论文介绍了深水法兰连接机具的国内外发展概况，提出了深水法兰连接机具的研究内容。研究了适用于深海环境的作业技术，确定了适合海底管道连接的法兰类型、螺栓的预紧力、控制螺栓预紧力的方法和海底管道法兰连接的工艺过程。根据法兰连接机具的技术要求，确定了深水法兰连接机具的功能和机械动作顺序。对深水法兰连接机具进行了功能模块划分，将其划分为外框架、内框架、螺栓库和螺母库等模块，并利用CATIA软件完成了各个模块的三维结构设计。对深水法兰连接机具的重要零部件进行强度和刚度的分析，对深水法兰连接机具的重要运动部件进行了运动学仿真，通过对深水法兰连接机具强度和刚度的分析和运动学仿真，证明深水法兰连接机具设计的可行性。 通过计算求得深水法兰连接机具的重心、浮心和稳心高度，以此对深水法兰连接机具进行水下稳定性的分析。建立了深水法兰连接机具的坐标系及相互之间的转换关系，对深水法兰连接机具水下运动方式进行了简化，建立了深水法兰连接机具的水下运动学模型和水动力学模型。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2课题来源和课题目的及意义

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国内外深水法兰连接机具的发展概况

1.3.1国外深水法兰连接机具

1.3.2国内深水法兰连接机具

1.4论文的主要研究内容

第2章深水法兰连接机具总体方案研究

2.1引言

2.2深海环境及作业技术

2.2.1深海环境

2.2.2深海作业技术

2.3法兰的选择和螺栓预紧力的确定

2.3.1管道和法兰的选择

2.3.2螺栓预紧力的确定

2.3.3螺栓预紧方法的研究

2.4深水法兰连接机具总体方案

2.4.1总体方案

2.4.2工作过程

2.4.3法兰连接工艺

2.5本章小结

第3章深水法兰连接机具的结构设计

3.1引言

3.2深水法兰连接机具设计要求

3.2.1技术指标

3.2.2技术要求

3.2.3材料和防腐蚀方法

3.3深水法兰连接机具的功能和动作分析

3.3.1深水法兰连接机具功能

3.3.2深水法兰连接机具动作

3.3.3螺栓预紧过程

3.4深水法兰连接机具的结构设计

3.4.1总体结构设计

3.4.2主要模块的结构设计

3.5本章小结

第4章主要零部件的强度分析和运动学仿真

4.1引言

4.2主要零部件的校核

4.2.1静力学分析概述

4.2.1强度和刚度校核

4.3主要部件的运动学仿真

4.3.1运动学仿真概述

4.3.2运动学仿真

4.4本章小结

第5章深水法兰连接机具的水下稳定性及运动学分析

5.1引言

5.2深水法兰连接机具稳定性

5.2.1未连接ROV时的稳定性

5.2.2与ROV对接后的稳定性

5.3深水法兰连接机具运动学模型

5.3.1坐标系的选取

5.3.2运动学模型

5.4本章小结

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