海底管道環(huán)境載荷對(duì)法蘭連接透鏡墊密封影響的研究.pdf

1、海底輸油氣管道是海洋油氣資源開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)施，法蘭透鏡墊連接密封是海底輸油氣管道連接領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，工作在內(nèi)部介質(zhì)高溫高壓，外部海水高壓低溫的環(huán)境中，透鏡墊長(zhǎng)期處于高應(yīng)力狀態(tài)，易發(fā)生泄漏，導(dǎo)致密封失效，還有海流、泥沙、魚群等活動(dòng)對(duì)管道產(chǎn)生擾動(dòng)作用力，對(duì)海底管路中的法蘭透鏡墊連接密封造成影響。因此，考慮工作環(huán)境因素對(duì)法蘭透鏡墊連接密封泄漏影響研究具有重要的意義。
　　本文首先根據(jù)深水管道所用的6in法蘭透鏡墊連接接頭建立力學(xué)模型，

2、推導(dǎo)接觸寬度和透鏡墊最大接觸壓力的計(jì)算公式，利用有限元軟件仿真分析法蘭透鏡墊非線性接觸問題，得到透鏡墊的接觸應(yīng)力分布和變形情況，根據(jù)流體縫隙流動(dòng)理論，建立了粗糙密封面泄漏率模型。
　　本文從微觀層面上分析法蘭透鏡墊接觸密封機(jī)理，利用彈塑性力學(xué)知識(shí)，建立粗糙表面微凸體在彈塑性階段的接觸應(yīng)力模型，并由此建立基于統(tǒng)計(jì)學(xué)特征的粗糙表面彈塑性接觸應(yīng)力模型，推導(dǎo)出粗糙平面的平均分離距離與接觸面積及接觸壓力之間的關(guān)系式，結(jié)合上述粗糙密封面泄漏率

3、模型，研究接觸壓力與泄漏率之間的關(guān)系，提出了滿足三種粗糙度的透鏡墊密封條件。
　　本文根據(jù)熱彈性力學(xué)知識(shí)，對(duì)透鏡墊熱應(yīng)力進(jìn)行了理論分析，采用仿真分析方法分析法蘭透鏡墊連接接頭溫度場(chǎng)分布及熱-結(jié)構(gòu)耦合作用對(duì)透鏡墊接觸應(yīng)力的影響?？紤]透鏡墊長(zhǎng)時(shí)間工作在高溫高壓環(huán)境下，分析蠕變對(duì)透鏡墊密封連接影響，得到隨時(shí)間推移蠕變對(duì)透鏡墊接觸應(yīng)力的影響規(guī)律。
　　本文通過ANSYS和Fluent聯(lián)合仿真，建立繞流管道流-固耦合模型，利用有限元軟

4、件仿真分析了繞流管道流場(chǎng)流速分布和壓力分布，得到在水流方向管道前后兩側(cè)動(dòng)水壓力分布結(jié)果。分析了水流沖擊對(duì)懸跨管道中的透鏡墊連接接頭產(chǎn)生額外彎矩的作用，得到了彎矩對(duì)透鏡墊接觸應(yīng)力在周向分布不均的影響結(jié)果。
　　最后，設(shè)計(jì)了透鏡墊的密封實(shí)驗(yàn)，通過透鏡墊壓痕寬度驗(yàn)證了透鏡墊接觸寬度計(jì)算公式的正確性；通過理論接觸應(yīng)力和實(shí)測(cè)軸向壓力的比較，驗(yàn)證了透鏡墊連接泄漏模型的正確性。同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析了溫度和外流場(chǎng)對(duì)透鏡墊連接密封的影響，間接驗(yàn)證