深海閥門載荷研究.pdf

1、作為海底管道系統(tǒng)的重要組成部分，深海閥門被廣泛用于海洋油氣工程的水下管匯、海洋管道終端及油氣輸送管道中。由于海洋環(huán)境的特殊性以及海洋設(shè)備的高投資、維修困難等，深海閥門一旦發(fā)生失效，損失不可估計(jì)。因此，對(duì)深海閥門載荷研究具有重要意義。
　　本文根據(jù)深海閥門的工作環(huán)境，結(jié)合海底管線的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)資料，總結(jié)出深海閥門的載荷種類，確定了深海閥門載荷的組合方式。運(yùn)用Matlab軟件分析了影響閥門波浪力的因素。利用有限元軟件分析深海球閥的自振頻率

2、與振型，為深海閥門的模態(tài)分析提供了參考。本文的主要研究工作如下：
　　首先，在分析海底管道的載荷類型與種類的基礎(chǔ)上，結(jié)合深海閥門的實(shí)際工作環(huán)境，深海閥門的載荷類型有功能性載荷、環(huán)境載荷和偶然載荷。環(huán)境載荷由波浪、海流以及地震產(chǎn)生的載荷；功能性載荷由重量、外部靜水壓力、內(nèi)部介質(zhì)壓力、管道及底部支座的反作用力組成；偶然載荷有火災(zāi)、爆炸、突然降壓、物體下落、第三方設(shè)備等引起的載荷。深海閥門的載荷組合方式有：（1）功能性載荷+環(huán)境載荷（除

3、地震外）；（2）工作狀態(tài)下的功能性載荷+地震載荷。除非偶然載荷可預(yù)測(cè)到同時(shí)發(fā)生，否則不考慮其與其它載荷的組合。
　　其次，分析常用的波浪理論可知，線性波理論與斯托克斯五階波理論可適用于深水環(huán)境下描述波浪運(yùn)動(dòng)。由于閥門屬于小尺寸結(jié)構(gòu)物，深海閥門受到的波浪力及海流力可利用莫里森方程求解。利用Matlab編寫程序計(jì)算在線性波理論與斯托克斯五階波理論下，水深、周期與波高對(duì)深海閥門波浪力的影響。計(jì)算結(jié)果顯示，水深越小，波高越高，周期越大，閥

4、門受到的波浪力越大。分析安裝深度對(duì)閥門波浪力的影響，得到深海閥門受到的水平波浪力比垂直波浪力大；隨著安裝過程中深度的增加，波浪力逐漸減小。
　　最后，分析用于深海閥門模態(tài)分析的兩種方法，并利用有限元軟件模擬深海閥門在干-濕模態(tài)分析的自振頻率與振型。分析結(jié)果顯示，濕模態(tài)分析結(jié)果更準(zhǔn)確，更適用于深海閥門模態(tài)分析。參考海底管道的地震分析與陸上閥門的地震分析，深海閥門的地震分析方法有極限地震應(yīng)力法、等效靜力法和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析法。著重分析了