可回收式水平海底管道连接器关键技术研究

论文摘要

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。

论文目录

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