深水卡爪連接器密封結(jié)構(gòu)特性及其性能試驗研究.pdf

1、水下連接器是水下生產(chǎn)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(jié)構(gòu)是實現(xiàn)該特征的重要基礎，對卡爪連接器密封結(jié)構(gòu)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(nèi)、外卡爪連接器密封技術(shù)與傳統(tǒng)高壓管道密封技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進行了研究。
　　根據(jù)連接器傳輸油氣壓力高、內(nèi)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(jié)構(gòu)方案。從連接器功能要求及卡爪、驅(qū)動環(huán)的運動軌跡兩方面對連接器密封結(jié)構(gòu)的關(guān)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(jié)構(gòu)參數(shù)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(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，獲得了核心密封件的最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸，并對最終確定的結(jié)構(gòu)進行了接觸特性分析。
　　根據(jù)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(guān)系，并通過接觸特性仿真驗證了密封結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性能試驗，探討了材料硬度、金屬鍍層等因素對密封結(jié)構(gòu)性能的影響，并將試驗結(jié)果與計算、分析結(jié)果進行對比，驗證了本文對連接器密封結(jié)構(gòu)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(jié)果表明該連接器能夠與其他系統(tǒng)協(xié)同配合完