深水卡爪連接器密封結構特性及其性能試驗研究.pdf

1、水下連接器是水下生產系統(tǒng)中用于深水管道連接的核心裝備之一，卡爪連接器是水下連接器的一個主要發(fā)展方向。作為在復雜深水環(huán)境下作業(yè)的管道連接工具，良好的密封性能是卡爪連接器的重要特征，合理的密封結構是實現該特征的重要基礎，對卡爪連接器密封結構及其密封性能的研究具有重要的研究意義和實用價值。本文在綜合國內、外卡爪連接器密封技術與傳統(tǒng)高壓管道密封技術的基礎上，以6英寸立式導向非整體式卡爪連接器為對象，從連接器密封方案規(guī)劃、密封結構受力特性分析以及

2、密封性能試驗研究三方面對卡爪連接器密封結構進行了研究。
　　根據連接器傳輸油氣壓力高、內外溫差大等特點，提出了一種透鏡墊式與O型圈式復合的密封圈方案。通過對透鏡墊密封機理及連接器工作原理的分析，確定了密封結構方案。從連接器功能要求及卡爪、驅動環(huán)的運動軌跡兩方面對連接器密封結構的關鍵零部件進行了詳細設計，并對連接器整體進行了運動仿真分析和材料選取。
　　基于透鏡墊密封機理和赫茲接觸理論，建立了預緊狀態(tài)和工作狀態(tài)下核心密封件的力

3、學模型，從密封所需最小軸向預緊力和最大接觸應力兩方面，對影響密封性能的結構參數進行了分析。利用有限元方法解決了基于最佳密封性能與最小軸向預緊力的結構優(yōu)化問題，獲得了核心密封件的最優(yōu)結構尺寸，并對最終確定的結構進行了接觸特性分析。
　　根據連接器的密封原理，對各密封元件在預緊狀態(tài)和工作狀態(tài)下進行了受力特性分析，推導了各元件間力的傳導關系，并通過接觸特性仿真驗證了密封結構放大軸向預緊力的特性。針對連接器在工作狀態(tài)下因承受跨接管載荷而發(fā)

4、生結構破壞的問題，提出了基于環(huán)向應力計算連接器承載能力的方法，并對連接器的極限外載荷進行了計算分析。
　　以密封結構試驗裝置和連接器樣機為試驗平臺，分別進行了密封圈小樣試驗、密封圈性能試驗和連接器密封結構性能試驗，探討了材料硬度、金屬鍍層等因素對密封結構性能的影響，并將試驗結果與計算、分析結果進行對比，驗證了本文對連接器密封結構設計與分析方法的合理性。在水下300m進行了連接器海試試驗，試驗結果表明該連接器能夠與其他系統(tǒng)協(xié)同配合完