深海管汇立式套筒连接器密封特性研究

发布时间：2020-05-05 04:11

【摘要】：随着工业4.0的到来,油气资源的开采由陆地转向深海,因此具备高可靠性密封性能的深海油气开采装备已经成为深海油气生产必不可少的设备,其恶劣的环境会使套筒连接器的透镜垫密封圈密封失效而导致油气资源泄漏,危及整个水下生产系统的安全。本文针对套筒连接器的密封性能特点,对透镜垫金属密封圈分别在预紧工况、生产工况下的密封圈表面接触特性进行深入的研究,其主要研究内容如下:(1)通过分析和总结套筒连接器的安装原理、工作流程、生产过程以及其密封的方式,提出了一种套筒连接器系统的整体设计方案与关键部件结构设计方法。利用驱动环驱动卡爪旋转来压紧HUB使其与透镜垫相配合的密封结构方式作为套筒连接器的关键密封方式,利用驱动环的轴向位移来驱动卡爪的径向移动来压缩密封圈以实现连接器的预紧,且该连接器具有一定的自锁功能。(2)通过建立的立式套筒连接器理论力学模型,分析了驱动环、透镜垫等关键部件之间的力学关系,得到套筒连接器正常工作时所需的预紧载荷与生产载荷的计算公式,从而推导了连接器驱动载荷与密封圈表面接触应力的关系公式。且推导了密封结构的机械效率公式。(3)基于ABAQUS对套筒连接器关键部件进行了有限元接触特性分析,得到了各组成部件的表面接触应力和变形量之间变化过程与规律。与此同时,还研究了连接器在预紧状态和生产状态下HUB和透镜垫之间的表面接触应力、表面接触宽度以及密封圈压缩变形量之间的变化关系,初步得到预紧驱动位移为30mm时密封圈的表面接触应力最大,且密封效果最好。(4)基于热传递原理,对连接器进行稳态和瞬态热-结构耦合分析,计算温度对密封圈接触特性的影响,其中包括接触应力、密封接触宽度、压缩变形量之间的变化关系,从而分析热应力对密封特性的影响程度。
【图文】：

布局图,管汇,布局图

江苏科技大学工学硕士学位论文有价值的理论参考依据。因此本文的研究具有如下几点意义：1、提高了工程开发效率。使用自主研发的深水油气发掘装置，防止国外公司不借用设备带来的复杂问题，能够有效缩短施工周期，提高深水油气生产的工作效率。同时也在一定程度上提高我国的经济收益。2、缓解能源危机。通过开发及深水连接器的应用，可以加快深海油气资源的开发且其具备的高效开采油气技术，也可以很大程度上降低对国外油气的依赖，实现我国油气资源来源渠道的多样化与可选化。3、展现国家综合实力。使用具有自主知识产权的水下生产装置，可以大大证明我国的综合国力的强大，向世界证明我国的科技发达的实力，同时也使得我国具有与其他大国竞争的实力。也在一定程度上保障了我国利益的安全。深水管汇石油、天然气生产海洋布局图如图 1.1 所示[4]。

驱动装置,法兰

第 1 章绪论1.2.1 套筒连接器的发展与应用最早的用于解决水下油气生产密封问题而出现的结构是在 20 世纪中期，在当时科技发展程度上，油气的开采大部分是选择在很浅的水域甚至直接勘探陆地上的能来开采，所以不需要太多的水下密封技术。随着油气地表资源的枯竭，油气的开采向了更深的水域，其中需要连接器解决高压、高温、密封的问题，，不但要连接不同格型号的水下设施，而且需要连接的管道管径也不断的加大，油气的内压与温度以海水的外部压力也不断地升高等。20 世纪 50 年代，Goett，John J 设计了一套如图 1.2 所示的自的动法兰安装驱动置，通过托盘带动着 U 形臂上的液压缸上下伸缩，从而法兰的密封[11]。20 世纪 60 年代，Ahlstone，Arthur G 参考了前辈的自动法兰安装驱动系统，设出了如图 1.3 所示的能够远程控制管道接头安装驱动的装置。通过钢杆的上下往复动实现了自动远程控制管道的连接或分开[12]。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE95

【参考文献】