深海油氣管道法蘭連接系統(tǒng)及樣機實驗研究.pdf

1、隨著我國對石油資源需求不斷增長,在陸上油氣資源大幅增加困難的情況下,開發(fā)海洋油氣資源已成為保障我國能源安全的重要策略。海底輸油氣管道是海上油田水下生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分,為了滿足海洋石油開發(fā)的需要,將進一步加大海底管道的鋪設(shè)規(guī)模。海底管道水下連接技術(shù)是管道鋪設(shè)技術(shù)的重要組成部分,該技術(shù)可用于開發(fā)邊際油田、深水油田以及水下生產(chǎn)管道的維修等。在水下連接技術(shù)中,螺栓法蘭式連接是一種應(yīng)用廣泛而高效的連接方式,由于深水區(qū)潛水員無法到達,只能通過自

2、動法蘭連接系統(tǒng)完成,目前國內(nèi)并沒有相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用于工程實際,因此對其關(guān)鍵技術(shù)研究對促進該系統(tǒng)的國產(chǎn)化具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本課題來源于十一五期間國家“863”重大專項《深水海底管道鋪設(shè)技術(shù)》的子課題《深水海底管道水下回接技術(shù)及AUT檢驗設(shè)備國產(chǎn)化技術(shù)研究》。本文對海底管道水下連接方法和管道法蘭連接系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進行了綜述,對法蘭連接系統(tǒng)設(shè)計中涉及的相關(guān)技術(shù)進行了介紹。借鑒國外相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計經(jīng)驗并結(jié)合國內(nèi)實際條件,設(shè)計了法蘭

3、連接系統(tǒng)的總體技術(shù)方案,該方案包括管道粗調(diào)整H架,管道對接機具和法蘭連接機具三個功能模塊,分析了系統(tǒng)的作業(yè)流程,研究了其虛擬樣機,軸向?qū)使ぞ吆头ㄌm連接機具液壓伺服控制系統(tǒng)。
　　首先,本文依據(jù)管道對接機具工作過程中軸向?qū)使ぞ邐A緊裝置需要合適夾緊力的問題,分析了夾緊機構(gòu)受力及結(jié)構(gòu)參數(shù)對管道強度的影響,推導(dǎo)了管道的強度計算公式,建立了夾緊機構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,進行了改進的粒子群算法的夾緊機構(gòu)單目標和多目標優(yōu)化設(shè)計。
　　其次,

4、針對法蘭連接機具螺母庫20個螺母引入機構(gòu)馬達較高的同步控制精度問題,通過對幾種常用的閉環(huán)同步控制策略的分析,確定了一種基于最小相關(guān)軸控制思想的多個馬達的相鄰交叉耦合同步控制方案,建立了單通道閥控馬達位置伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,采用新型指數(shù)趨近律的滑?？刂品椒?以四個馬達同步系統(tǒng)為例進行仿真,驗證了其同步控制性能。
　　再次,根據(jù)工程要求螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)中,各個螺栓具有合適及相等的預(yù)緊力問題,本文對常用的三種螺栓預(yù)緊力的計算方法進行對比