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可回收式水平海底管道连接器关键技术研究

作　者: 王学文
导　师: 王茁
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 水平连接器 结构设计 运动学动力学研究 力控制 密封试验
分类号: TE973
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着全球海洋石油工业的高速发展,并实现由浅海到深海的跨越式转变,对输油管道的安全性提出了更高的要求。同时,各种管道连接技术也越来越多的应用于海洋石油开采系统。其中可回收式水平海底管道连接器是一种新型高效的管道连接技术。水平连接器通过初对准、对中、连接、锁紧、解锁及连接器回收等步骤,实现软、硬管道与海底固定采油设施的连接。本课题为“水下分离器及相关技术研究”子课题之一,论文主要任务是研制出与1500m水深配套的适用于6inch连接器试验样机,并对关键技术进行研究。通过对国内外管道连接器方案研究,并根据实际工况提出了水平连接器试验样机总体设计方案。本设计过程遵照IS013628标准(石油天然气工业—海底开采系统的设计与操作)。水平连接器机械本体由安装工具、接头机构、固定支座三部分组成。通过有限元分析软件,对关键部件进行强度校核。应用ADAMS软件,对底座套筒与锥形导向体的碰撞、液压缸推进过程、卡爪抱紧过程进行动力学与运动学仿真分析,并验证了设计参数的合理性。根据实际工况,设计了连接器液压系统方案。考虑到液压缸施加载荷对连接性能有重要作用,建立了液压缸力伺服控制系统,推导了阀控液压缸力伺服系统传递函数,通过MATLAB/Simulink进行特性分析,通过引入PID控制器对系统进行校正,提高了系统的稳定性,并使其具有较好的动态性能。通过对连接器接头进行密封试验,验证了密封圈法兰结构的合理性,接头密封性能可以达到实际工况下的性能指标,为连接器的后续设计提供了可靠的参考依据。

全文目录


摘要  5-6Abstract  6-11第1章 绪论  11-20  1.1 引言  11  1.2 课题来源、目的及意义  11-12    1.2.1 课题来源及研究目的  11    1.2.2 课题研究意义  11-12  1.3 国内外水下连接器研究现状  12-16    1.3.1 国外水下连接器的发展  12-15    1.3.2 国内水下连接器的发展  15-16  1.4 几种典型接头连接方案研究  16-18  1.5 课题主要研究内容  18-20第2章 连接器总体方案研究  20-31  2.1 引言  20  2.2 连接器系统总体方案设计  20-22    2.2.1 连接器设计技术参数  20-21    2.2.2 连接器总体结构分析  21-22  2.3 连接器工作流程分析  22-24  2.4 连接器液压系统  24-25  2.5 连接器密封方案  25-30    2.5.1 自紧式密封原理  25-26    2.5.2 透镜垫密封圈选择  26    2.5.3 轴向载荷对比计算  26-30  2.6 本章小结  30-31第3章 连接器本体结构研究  31-56  3.1 引言  31  3.2 水下连接器总体结构设计  31-38    3.2.1 安装工具总体结构设计与分析  31-33    3.2.2 管道接头总体结构设计与分析  33    3.2.3 卡爪设计与分析  33-36    3.2.4 锁紧机构结构设计与分析  36-38  3.3 连接器主要部件强度分析  38-46    3.3.1 底座套筒设计与分析  38-40    3.3.2 驱动环设计与分析  40-42    3.3.3 卡爪设计与分析  42-44    3.3.4 透镜垫设计与接触分析  44-46  3.4 连接器运动学与动力学分析  46-54    3.4.1 仿真模型建立与分析  46-48    3.4.2 仿真结果分析  48-54  3.5 本章小结  54-56第4章 连接器液压控制系统研究  56-68  4.1 引言  56  4.2 液压系统设计  56-63    4.2.1 液压系统工作原理  56-57    4.2.2 液压系统控制方式选择  57    4.2.3 系统数学模型  57-61    4.2.4 系统传递函数确定  61-63  4.3 液压伺服仿真分析  63-67    4.3.1 基本参数确定与估算  63-64    4.3.2 基于MATLAB/Simulink控制仿真与分析  64-67  4.4 本章小结  67-68第5章 连接器接头密封试验研究  68-77  5.1 引言  68  5.2 试验目的及方法  68  5.3 试压试验系统  68-73    5.3.1 试压试验装置  68-72    5.3.2 试验步骤  72-73  5.4 试验数据分析  73-76    5.4.1 载荷特性及泄漏率分析  73-75    5.4.2 试验结论  75-76  5.5 本章小结  76-77结论  77-78参考文献  78-82攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  82-83致谢  83

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 油气储运机械设备 > 油气管道
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