深海管道自动法兰连接机具关键技术研究

论文摘要

随着世界石油资源的日渐衰竭,石油资源的开发已从陆地转向海洋,从浅海转向深海。论文主要内容是国家863计划——深水海底管道铺设技术子课题的一部分,该课题对水下管道自动对接机具进行了深入的研究,从而在开发深海能源方面迈出重要一步。论文研究了深水海底管道的水下回接技术,确定了一系列边界条件,对管道和法兰进行了详细的设计。深水海底管道回接系统主要是通过一个水下机器人ROV控制一整套对接工具自动完成管道的机械对接。论文提出了一种自动法兰连接机具方案,该机具由两部分组成,即螺母库和螺栓库。螺母库存放螺母并拧紧螺母,螺栓库存放螺栓并插入螺栓。螺母库安装在焊接有固定法兰(普通法兰)的一侧,螺栓库安装在焊接有活动法兰(旋转环法兰)一侧,通过两个工具的配合,完成螺栓的张紧,实现管道的法兰连接。论文设计出了一种拉伸预紧及位置补偿扳手系统,该系统的拧紧方式和常规方式不同,以一种逆向自动拧紧方式完成了深水海底管道法兰的连接。该扳手系统主要的设备为拉伸预紧扳手,和普通扳手相比,它具有全自动、拉伸预紧、位置补偿和定力矩的特点,应用于海底管道法兰的对接。通过ANSYS和ADAMS软件对扳手系统进行了静力学和运动学仿真,验证了其结构强度的可靠性和运动过程的合理性。

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
• 1.2.2 课题研究目的
• 1.2.3 课题研究意义
• 1.3 国内外水下回接技术的发展概况
• 1.3.1 国外水下回接技术发展概况
• 1.3.2 国内水下回接技术发展概况
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 自动法兰连接机具总体方案研究
• 2.1 引言
• 2.2 深水海底管道回接过程
• 2.3 总体方案设计
• 2.3.1 管道和法兰设计
• 2.3.2 法兰连接机具总体方案研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 自动法兰连接机具的研究
• 3.1 引言
• 3.2 自动法兰连接机具样机工作原理
• 3.2.1 螺母库样机原理分析
• 3.2.2 螺栓库样机原理分析
• 3.2.3 自动法兰连接机具样机工作过程
• 3.3 自动法兰连接机具施工环境分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 拉伸预紧及位置补偿方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 拉伸预紧及位置补偿方法研究与设计
• 4.2.1 条件参数和限定
• 4.2.2 拧紧方案分析
• 4.2.3 拉伸预紧及位置补偿扳手系统原理分析
• 4.2.4 扳手结构原理和运动链分析
• 4.2.5 扳手补偿和误差分析
• 4.2.6 拉伸预紧及位置补偿扳手系统工作过程
• 4.3 拉伸预紧位置补偿扳手的设计与校核
• 4.3.1 驱动力计算
• 4.3.2 重要零件设计与校核
• 4.4 本章小结
• 第5章 扳手系统力学分析与仿真研究
• 5.1 引言
• 5.2 基于ANSYS扳手静力学分析
• 5.2.1 拉伸预紧位置补偿扳手重要零件的强度分析
• 5.2.2 扳手静力学分析总结
• 5.3 基于ADAMS扳手运动学仿真
• 5.3.1 拉伸预紧位置补偿扳手的运动学分析
• 5.3.2 扳手运动学分析总结
• 5.4 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