多重接触式静密封广泛应用于海洋工程、石油化工、工程机械、医疗设备、建筑等领域,文中针对其泄漏特性提出了一种定量分析理论模型,通过数值仿真分析了密封区域数量、密封空间体积对泄漏特性的影响。该理论模型也同样适用于动密封和非接触式密封,为开展多重密封设计,定量分析密封性能提供了参考。

水下卡箍连接器金属密封圈的结构对密封性能影响很大。为得到最优的密封圈结构尺寸,通过有限元静力学分析及优化模块,分析金属密封圈所受的接触应力与结构参数之间的关系。结构优化以法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度为设计变量,最大接触应力和最小法兰轴向力为目标函数,密封圈最大等效应力为约束变量,建立水下卡箍连接器的多目标优化模型,并使用响应面方法对其进行优化,得到多目标优化下密封圈最佳的尺寸组合。结果表明:在法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度4个参数中,法兰锥面倾角对密封圈所需轴向力影响最大,角度越小,密封圈所需要的轴向力越小;优化后的密封圈在同样接触应力时,最大等效应力降低7.7%,法兰轴向力降低37.3%。可见在密封相同压力下,优化后密封圈需要的轴向力更小,因而使用寿命更长...

一种可以实现水下连接角度补偿的球形法兰连接器采用O形圈作为主要的密封元件,位于球面上的密封槽通过影响O形圈的伸长率和压缩率来实现密封效果。槽宽b与槽深h是密封沟槽的主要尺寸,在满足球面沟槽设计准则的前提下,对O形圈球面密封沟槽的尺寸进行了设计计算。基于标准沟槽与球面沟槽体积大小一致的原则,确定了球面密封槽的具体尺寸。密封圈沟槽的尺寸设计主要改变了O形圈的压缩率大小。通过研究压缩率对O形圈密封效果的影响可以确定,17.6%左右的压缩率能够使密封圈的密封效果达到最佳。

针对海洋石油平台导管架安装采用导管架调平器卡爪的接触力学过程进行了研究。首先设计了导管架调平器结构,并根据调平器的卡爪与导管桩及袖筒的接触摩擦力来实现调平的原理,对调平器卡爪齿进行接触受力分析,建立的卡爪齿和导管桩接触有限元分析模型能够反映卡爪齿的接触压力以及挤压变形状况,最终选出了较好的卡爪齿型和材料。

水下连接器作为连接海底石油管道的重要部件,其强度要求十分重要,为了测试水下连接器的可靠性,研制大型连接器外载荷试验台和验证其承载能力是非常重要的。连接器试验台要能够对连接器进行拉力、压力、弯矩和扭矩测试,利用UG三维建模软件建立试验台的模型,利用有限元分析ANSYS软件得出试验台在不同极限载荷下的应力及应变分布,分析了结构的强度和刚度是否满足设计要求。研究结果表明,试验台在极限承载状态受力均在安全范围,而应变稍大,但考虑试验台尺寸很大,变形也是在可接受范围内。

针对500m水深顶张式立管,设计液压连接器模型,对拉、压、弯等各种受力状态进行分析,提出液压连接器密封结构在拉、压、弯等状态下可承受最大载荷的计算方法。液压连接器密封结构可承受的最大拉力取决于锁块危险截面的强度和锁块的伸长量;可承受的最大压力取决于金属密封圈的抗压强度与结构参数;可承受的最大弯矩取决于受拉最严重的锁块和受压最严重的金属密封圈部分。对液压连接器密封结构承载能力的分析,有助于对液压连接器整体承载能力的分析研究。

表面接触静密封实验装置用于研究静密封介质流经接触表面的泄漏情况,在紧密接触状态下,密封介质泄漏量低、实验周期长,严重降低了实验效率。文中提出了一种具有气体加载式功能的表面接触静密封实验装置,通过气体压强驱动密封液体通过密封面泄漏,有效缩短实验周期,提高实验效率。实验结果证明气体加载的实验方法与传统密封实验方法具有良好的一致性。

对国内外软管铺设技术及装备进行了分析。为了能够在更深的海域进行软管铺设,提出了一种垂直式铺设的软管铺设塔系统方案。在铺设塔上搭载张紧器、A&R绞车等核心部件,在进行软管铺设过程中起到更好的辅助作用。根据软管铺设的实际需求,确定了软管铺设塔系统的设计参数;对软管铺设塔系统的各个部件进行了详细设计,并介绍了软管铺设的工作原理和过程;结合实际工作海况的要求,基于有限元软件对铺设塔架以及各关键部件进行了强度校核。有限元分析的结果表明,该铺设塔系统的设计满足软管铺设的需求,验证了其结构设计的正确性和可靠性。

针对海底管道连接器专用测试平台进行了液压系统的联合仿真.根据液压原理图和控制方框图使用AMEsim软件对液压控制系统进行模拟,通过仿真结果分析液压缸运动的同步性和活塞杆受力情况,以及系统保压时活塞杆作用力的变化情况.通过模拟得到液压缸在运动和加载情况下误差能够保证在3%范围内,多只液压缸同时动作时能够保证很好的稳定性,在扭矩加载时两只液压缸达到最大位移和加载力相差0.8 s,误差为2.8%〈3%,满足试验需求,试验台液压系统具有良好的性能.

首先介绍了水下生产控制系统的组成及工作原理,按照设计要求,对水下生产控制系统液压系统进行了设计计算。主要包括阀执行器推力、运动速度及流量计算,液压系统油管内径尺寸计算,液压系统压力损失计算等,并用AMESim软件对液压系统的低压部分和高压部分进行了仿真计算,通过仿真结果曲线图,如果液压系统多个执行器相继打开的情况下对系统压力造成的影响可以忽略不计,符合设计要求,为今后水下生产控制系统液压系统的设计计算奠定了基础。