深水管道法兰螺栓联接机具工具库结构设计及控制系统研究

论文摘要

随着我国经济的高速发展,对能源特别是石油资源的需求迅猛提升,为了减轻对进口石油的过度依赖,保障我国的能源供应安全,走向深水开发海洋石油成为我国的战略选择。课题源自国家863计划,目的是完成具有自主知识产权的深水管道法兰螺栓联接机具试验样机工具库的研制以进行10m水深联接试验。本文主要进行深水管道法兰螺栓联接机具工具库结构设计及控制系统研究。论文对深水管道法兰螺栓联接相关技术领域的国内外研究现状进行综述,着重分析国外现有法兰螺栓联接作业装备的工作原理及结构特点,总结并对比其优缺点,为课题的研究提供技术参考。结合课题指标要求,设计深水管道联接机具的总体方案,确定机具由螺栓库、螺母库和拉伸器库等模块组成。依据总体方案确定联接螺栓的形式,选择螺栓的预紧方法,对比分析管道设计计算准则,计算管道法兰密封所需的螺栓预紧力,在此基础上规划机具联接作业流程。着重进行联接机具工具库结构详细设计,重点阐述夹持定位机构、螺母拧紧机构、拉伸模块机构和循环拉伸机构的工作原理。运用Inventor软件建立工具库的三维结构模型,对关键零部件的结构强度及刚度进行有限元分析。针对机具控制的实际要求,进行工具库控制系统设计。完成主要运动机构的液压控制回路设计,确定电气控制系统硬件,完成电气控制系统设计。通过核心原理试验装置,进行螺母引入对比试验,分析相关因素对螺母引入的影响,验证螺栓引入设计方案的可行性和可靠性。进行马达液阻力和套筒模块机械摩擦测定试验,降低其对螺母套筒转动同步性的不利影响。完成机具陆上联接调试试验,记录分析试验过程,为样机的水池联接试验提供参考。通过联接机具试验样机工具库的研制,为将来深水管道法兰螺栓联接机具工程样机的研制奠定基础,为深水管道回接作业提供技术支持。

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 课题的来源
• 1.2.2 课题的研究目的
• 1.2.3 课题的研究意义
• 1.3 水下回接技术简介
• 1.3.1 人工潜水辅助回接
• 1.3.2 无人潜水回接
• 1.4 国内外深水管道法兰螺栓联接机具发展现状
• 1.4.1 国外水下法兰联接机具的发展
• 1.4.2 国内水下法兰联接机具的发展
• 1.5 本文主要研究内容和方法
• 第2章 深水管道法兰螺栓联接机具工具库总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 联接机具总体结构方案
• 2.2.1 联接机具技术指标与要求
• 2.2.2 螺栓联接形式与预紧方法分析
• 2.2.3 螺栓联接预紧力计算
• 2.2.4 联接机具总体结构方案
• 2.2.5 作业流程规划
• 2.3 工具库总体结构方案
• 2.3.1 工具库的结构设计
• 2.3.2 螺栓库总体结构方案
• 2.3.3 螺母库总体结构方案
• 2.3.4 拉伸器库总体结构方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 深水管道法兰螺栓联接机具工具库结构设计
• 3.1 引言
• 3.2 螺栓库详细结构设计
• 3.2.1 库体旋转机构结构设计
• 3.2.2 螺栓定位夹持机构结构设计
• 3.2.3 库体开合机构结构设计
• 3.3 螺母库详细结构设计
• 3.3.1 调孔机构结构设计
• 3.3.2 螺母旋紧机构结构设计
• 3.3.3 螺母库库体力学分析
• 3.4 拉伸器库详细结构设计
• 3.4.1 拉伸模块的设计
• 3.4.2 拉伸器库循环调孔机构设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 联接机具工具库控制系统
• 4.1 引言
• 4.2 联接机具控制系统总体方案
• 4.3 液压控制回路
• 4.3.1 工具库总体液压控制回路组成
• 4.3.2 关键运动机构液压控制回路
• 4.3.3 液压控制元件的选型
• 4.4 工具库电气控制系统
• 4.4.1 电气控制系统硬件组成
• 4.4.2 电气控制系统的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 螺母旋紧核心原理验证试验
• 5.2.1 螺母旋紧核心原理试验装置的结构
• 5.2.2 螺栓螺母旋紧试验
• 5.3 系统调试试验
• 5.3.1 液压马达初始液阻测定试验
• 5.3.2 螺母拧紧模块机械摩擦测定试验
• 5.4 法兰螺栓联接陆上调试试验
• 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