水下法兰联接机具优化设计与仿真研究

发布时间：2020-06-28 03:20

【摘要】：深水油气开采是全球能源战略的重点之一,中国已经开始重视并加强对海洋石油自动化作业装备的发展。本文重点进行了水下法兰联接机具结构的设计和研究,目标是在2010年研制出水下法兰联接机具的试验样机并进行水池试验,为将来工程样机的设计制造及工程应用奠定坚实理论基础,积累实践经验。 论文介绍了水下法兰联接机具的研究现状,特别是课题组水下法兰联接机具的研究和设计工作,提出了水下法兰联接机具试验样机的总体方案及模块化设计方法和试验样机设计指标。设计了工具库周向同步驱动系统和工具库轴向独立驱动系统的虚拟样机,进行了干涉检查和运动学仿真；建立了系统运动学等效机构模型,进行了可行性和运动学分析,保证了工具库作业位姿的调整范围；通过力学计算确定了动力元件的型号及参数。进行了工具库位姿调节机构的力学分析,校核了关键承力零部件的强度和关键定位零部件的刚度,针对应力集中现象和定位面变形情况进行了结构改进和尺寸优化,以达到工具库的定位精度和可靠性要求。对外框架结构进行了有限元分析,在保证满足内框架定位基准和结构强度情况下,对外框架进行了重量优化和结构优化。 对水下法兰联接机具水下航行进行了水动力学仿真分析,以水阻力最小为目标,对机具浮力材料的形状及结构尺寸进行了优化设计,有效减小了ROV水下运载机具的负载并保证了机具位姿的稳定性。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH131
【图文】：

平台之间的管道，联接海上平台与浮式生产储存装置的管道，联接海上平台与外输单点系泊终端的管道或联接海上平台与海上伴生气燃烧塔的海底管道，如图1.1所示;另一类是海上装卸终端配套的海底管道，海上装卸终端的海底管道一般又分为与海中码头配套的和与单浮筒系泊 (SBM)转油站配套的〔，，。

目前所采用的水下管道回接方法主要有机械联接和水下焊接方式。其中机械联接方式适用于深水海底管道回接，而硬管的接头形式多为法兰接头。法兰联接形式主要包括卡钳联接、卡爪联接和螺栓联接，如图1.2所示‘’01。其中卡爪和卡钳联接方式通常用于深水生产系统的最终钩住，实现在管线端汇管和其它汇管或产品树之间的硬管或软管跳接，主要由ROV辅助作业。卡爪式联接卡钳式联接图 1.2水下管道法兰机械联接方式法兰式联接螺栓法兰联接是目前水下管道联接应用最广泛、最高效的方法，此方法的广泛应用很大程度上取决于水下法兰在管道寿命内的长期作业和可靠性要求!川。此外，此联接方式由于完善的联接工艺被普遍认同最合适的管道联接方式。但法兰螺栓联接过程复杂，对作业要求较高，浅水区一般由潜水员手工操作完成，但深水区此联接法兰的应用受到潜水员可安全操作水深的限制。因此，海底管道的铺设工程需要大力发展用以实施无人深水法兰螺栓联接的作业技术和装备

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本文编号：2732481