深水海底管道套筒連接器密封接觸特性研究.pdf

1、隨著海洋油氣資源開發(fā)向深海發(fā)展的必然性，水下生產(chǎn)系統(tǒng)成為必須掌握的技術(shù)。采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)完成深水油氣資源的開采、輸送是該領(lǐng)域的主要方向。海底管道是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，水下回接技術(shù)是將新開發(fā)的、邊際和衛(wèi)星油氣田的海底管道接入已建海底設(shè)施，使海洋油氣開發(fā)變得經(jīng)濟(jì)有效。目前深水海底管道連接技術(shù)都掌握在國(guó)外海洋石油工程公司，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)安裝，不能滿足我國(guó)自主開發(fā)深海油氣資源的需求。套筒連接器用于深水海底管道末端連接，采用遠(yuǎn)程操作工具遙控安裝

2、，需要解決高壓密封和安裝的問題。針對(duì)這些問題，論文對(duì)套筒連接器系統(tǒng)整體方案和密封接觸特性進(jìn)行了研究。
　　 從水下回接技術(shù)所需連接器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理入手，給出了非整體式套筒連接器系統(tǒng)的整體方案。非整體式連接系統(tǒng)由安裝工具和套筒連接器組成，通過遙控操作潛水器控制安裝工具動(dòng)作實(shí)現(xiàn)套筒連接器的安裝，安裝完成后，安裝工具可從海底回收，重復(fù)使用。
　　 提出了套筒連接器的整體密封結(jié)構(gòu)，采用套筒、卡爪、高頸和透鏡墊組合的連接結(jié)構(gòu)

3、，利用套筒的軸向直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)卡爪徑向預(yù)緊高頸，實(shí)現(xiàn)透鏡墊與高頸的高壓密封。金屬透鏡墊與高頸的錐形密封面相互配合，自動(dòng)對(duì)中性好，有效接觸面積小，可以實(shí)現(xiàn)高壓密封，并減小套筒連接器的整體尺寸。套筒與卡爪的錐面配合具有自鎖功能，可以增加連接器抵抗壓力波動(dòng)的能力，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)組成。利用液壓缸直線運(yùn)動(dòng)完成連接器的安裝和卸載，操作可靠快速。
　　 建立了套筒連接器的力學(xué)模型，分析了預(yù)緊狀態(tài)和操作狀態(tài)時(shí)，套筒、卡爪、高頸和透鏡墊之間的力學(xué)接觸，提

4、出了基于管道設(shè)計(jì)壓力的套筒連接器預(yù)緊載荷和安裝載荷計(jì)算公式，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式，為套筒連接器的工程應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 對(duì)由卡爪、高頸、透鏡墊組成的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行接觸分析，得到了密封接觸特性和應(yīng)力分布規(guī)律。研究表明卡爪和高頸相配合的連接結(jié)構(gòu)比直接軸向預(yù)緊可以獲得更大的軸向預(yù)緊力，具有放大軸向預(yù)緊載荷的特性。研究表明透鏡墊在流體壓力作用下具有自緊特性，壓力自緊特性與墊片的結(jié)構(gòu)型式、幾何尺寸和材料有關(guān)。應(yīng)用分析設(shè)計(jì)原理