深海油氣管道法蘭連接系統(tǒng)及樣機(jī)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國對(duì)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(jìn)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(dá),只能通過自

2、動(dòng)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(shí)際,因此對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)研究對(duì)促進(jìn)該系統(tǒng)的國產(chǎn)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本課題來源于十一五期間國家“863”重大專項(xiàng)《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(yàn)設(shè)備國產(chǎn)化技術(shù)研究》。本文對(duì)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(jìn)行了綜述,對(duì)法蘭連接系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了介紹。借鑒國外相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合國內(nèi)實(shí)際條件,設(shè)計(jì)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(duì)接機(jī)具和法蘭連接機(jī)具三個(gè)功能模塊,分析了系統(tǒng)的作業(yè)流程,研究了其虛擬樣機(jī),軸向?qū)?zhǔn)工具和法蘭連接機(jī)具液壓伺服控制系統(tǒng)。
　　首先,本文依據(jù)管道對(duì)接機(jī)具工作過程中軸向?qū)?zhǔn)工具夾緊裝置需要合適夾緊力的問題,分析了夾緊機(jī)構(gòu)受力及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)管道強(qiáng)度的影響,推導(dǎo)了管道的強(qiáng)度計(jì)算公式,建立了夾緊機(jī)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行了改進(jìn)的粒子群算法的夾緊機(jī)構(gòu)單目標(biāo)和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　其次,

4、針對(duì)法蘭連接機(jī)具螺母庫20個(gè)螺母引入機(jī)構(gòu)馬達(dá)較高的同步控制精度問題,通過對(duì)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(gè)馬達(dá)的相鄰交叉耦合同步控制方案,建立了單通道閥控馬達(dá)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(gè)馬達(dá)同步系統(tǒng)為例進(jìn)行仿真,驗(yàn)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(gè)螺栓具有合適及相等的預(yù)緊力問題,本文對(duì)常用的三種螺栓預(yù)緊力的計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比