【摘要】：隨著工業(yè)4.0的到來(lái),油氣資源的開(kāi)采由陸地轉(zhuǎn)向深海,因此具備高可靠性密封性能的深海油氣開(kāi)采裝備已經(jīng)成為深海油氣生產(chǎn)必不可少的設(shè)備,其惡劣的環(huán)境會(huì)使套筒連接器的透鏡墊密封圈密封失效而導(dǎo)致油氣資源泄漏,危及整個(gè)水下生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。本文針對(duì)套筒連接器的密封性能特點(diǎn),對(duì)透鏡墊金屬密封圈分別在預(yù)緊工況、生產(chǎn)工況下的密封圈表面接觸特性進(jìn)行深入的研究,其主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)通過(guò)分析和總結(jié)套筒連接器的安裝原理、工作流程、生產(chǎn)過(guò)程以及其密封的方式,提出了一種套筒連接器系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案與關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。利用驅(qū)動(dòng)環(huán)驅(qū)動(dòng)卡爪旋轉(zhuǎn)來(lái)壓緊HUB使其與透鏡墊相配合的密封結(jié)構(gòu)方式作為套筒連接器的關(guān)鍵密封方式,利用驅(qū)動(dòng)環(huán)的軸向位移來(lái)驅(qū)動(dòng)卡爪的徑向移動(dòng)來(lái)壓縮密封圈以實(shí)現(xiàn)連接器的預(yù)緊,且該連接器具有一定的自鎖功能。(2)通過(guò)建立的立式套筒連接器理論力學(xué)模型,分析了驅(qū)動(dòng)環(huán)、透鏡墊等關(guān)鍵部件之間的力學(xué)關(guān)系,得到套筒連接器正常工作時(shí)所需的預(yù)緊載荷與生產(chǎn)載荷的計(jì)算公式,從而推導(dǎo)了連接器驅(qū)動(dòng)載荷與密封圈表面接觸應(yīng)力的關(guān)系公式。且推導(dǎo)了密封結(jié)構(gòu)的機(jī)械效率公式。(3)基于ABAQUS對(duì)套筒連接器關(guān)鍵部件進(jìn)行了有限元接觸特性分析,得到了各組成部件的表面接觸應(yīng)力和變形量之間變化過(guò)程與規(guī)律。與此同時(shí),還研究了連接器在預(yù)緊狀態(tài)和生產(chǎn)狀態(tài)下HUB和透鏡墊之間的表面接觸應(yīng)力、表面接觸寬度以及密封圈壓縮變形量之間的變化關(guān)系,初步得到預(yù)緊驅(qū)動(dòng)位移為30mm時(shí)密封圈的表面接觸應(yīng)力最大,且密封效果最好。(4)基于熱傳遞原理,對(duì)連接器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱-結(jié)構(gòu)耦合分析,計(jì)算溫度對(duì)密封圈接觸特性的影響,其中包括接觸應(yīng)力、密封接觸寬度、壓縮變形量之間的變化關(guān)系,從而分析熱應(yīng)力對(duì)密封特性的影響程度。
【圖文】：

江蘇科技大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文有價(jià)值的理論參考依據(jù)。因此本文的研究具有如下幾點(diǎn)意義：1、提高了工程開(kāi)發(fā)效率。使用自主研發(fā)的深水油氣發(fā)掘裝置，防止國(guó)外公司不借用設(shè)備帶來(lái)的復(fù)雜問(wèn)題，能夠有效縮短施工周期，提高深水油氣生產(chǎn)的工作效率。同時(shí)也在一定程度上提高我國(guó)的經(jīng)濟(jì)收益。2、緩解能源危機(jī)。通過(guò)開(kāi)發(fā)及深水連接器的應(yīng)用，可以加快深海油氣資源的開(kāi)發(fā)且其具備的高效開(kāi)采油氣技術(shù)，也可以很大程度上降低對(duì)國(guó)外油氣的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)油氣資源來(lái)源渠道的多樣化與可選化。3、展現(xiàn)國(guó)家綜合實(shí)力。使用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水下生產(chǎn)裝置，可以大大證明我國(guó)的綜合國(guó)力的強(qiáng)大，向世界證明我國(guó)的科技發(fā)達(dá)的實(shí)力，同時(shí)也使得我國(guó)具有與其他大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。也在一定程度上保障了我國(guó)利益的安全。深水管匯石油、天然氣生產(chǎn)海洋布局圖如圖 1.1 所示[4]。

第 1 章 緒論1.2.1 套筒連接器的發(fā)展與應(yīng)用最早的用于解決水下油氣生產(chǎn)密封問(wèn)題而出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)是在 20 世紀(jì)中期，在當(dāng)時(shí)科技發(fā)展程度上，油氣的開(kāi)采大部分是選擇在很淺的水域甚至直接勘探陸地上的能來(lái)開(kāi)采，所以不需要太多的水下密封技術(shù)。隨著油氣地表資源的枯竭，油氣的開(kāi)采向了更深的水域，其中需要連接器解決高壓、高溫、密封的問(wèn)題，，不但要連接不同格型號(hào)的水下設(shè)施，而且需要連接的管道管徑也不斷的加大，油氣的內(nèi)壓與溫度以海水的外部壓力也不斷地升高等。20 世紀(jì) 50 年代，Goett，John J 設(shè)計(jì)了一套如圖 1.2 所示的自的動(dòng)法蘭安裝驅(qū)動(dòng)置，通過(guò)托盤(pán)帶動(dòng)著 U 形臂上的液壓缸上下伸縮，從而法蘭的密封[11]。20 世紀(jì) 60 年代，Ahlstone，Arthur G 參考了前輩的自動(dòng)法蘭安裝驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)出了如圖 1.3 所示的能夠遠(yuǎn)程控制管道接頭安裝驅(qū)動(dòng)的裝置。通過(guò)鋼桿的上下往復(fù)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)遠(yuǎn)程控制管道的連接或分開(kāi)[12]。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TE95

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2649521