海洋油氣管道卡壓式連接器密封研究與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、海底管道是油氣運輸?shù)闹匾ǖ?，是海上石油和天然氣資源開采系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成部分。在海底的復(fù)雜環(huán)境下，管道不可避免的會出現(xiàn)失效的情況，及時有效的完成對管道破損部位的修復(fù)可以保證生產(chǎn)的正常進行，也可以減少油氣泄漏帶來的環(huán)境污染和損失。卡壓式機械連接器用于海底管道應(yīng)急維修，當(dāng)管道破損部分需要被一段新的管道替換之時，連接器可以快速地實現(xiàn)兩段管線之間的連接。
　　本文主要研究海底油氣管道卡壓式連接器的密封機理，并對連接器進行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。連接

2、器的結(jié)構(gòu)形式對密封性能有重要的影響，首先，在8英寸卡壓式機械連接器的基礎(chǔ)上，對12英寸連接器進行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對兩道密封環(huán)的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，分析卡壓式機械連接器基體結(jié)構(gòu)尺寸對密封性能的影響。其次從微觀尺度上研究卡壓式連接器的密封機理，根據(jù)金屬粗糙表面接觸的相關(guān)特性，建立粗糙表面微凸體在接觸過程中發(fā)生彈塑性和塑性變形的數(shù)學(xué)模型，并由此建立基于統(tǒng)計學(xué)的粗糙表面彈塑性接觸力學(xué)的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出粗糙表面的平均分離距離與實際接觸面積及接觸壓力之間

3、的數(shù)學(xué)表達式，在此基礎(chǔ)上，進一步研究接觸面積與金屬靜密封泄漏率之間的關(guān)系，提出密封設(shè)計準(zhǔn)則。經(jīng)過機械加工的金屬表面在微觀上仍然是不平整的，本文用FFT法數(shù)值模擬金屬機械加工表面，基于生成的粗糙表面，模擬密封界面的接觸，研究載荷與密封區(qū)域?qū)嶋H接觸面積及接觸壓力之間的關(guān)系，從而驗證金屬接觸密封設(shè)計準(zhǔn)則的準(zhǔn)確性。
　　本文最后根據(jù)金屬密封設(shè)計準(zhǔn)則，采用多目標(biāo)遺傳算法對適用于大管徑的卡壓式機械連接器進行結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，在保證密封能力的