顶部张紧立管液压连接器密封结构研究及热-结构耦合分析

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文顶部张紧立管液压连接器密封结构研究及热-结构耦合分析硕士研究生：陈函指导教师：张岚副教授学科、专业：机械工程论文主审人：王立权教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文顶部张紧立管液压连接器密封结构研究及热-结构耦合分析硕士研究生：陈函指导教师：张岚副教授学位级别：工学硕士学科、专业：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADisser

2、tationfortheDegreeofM.EngStudyonSealingStructureoftheTopTensionedRiserHydraulicConnectorandThermal-StructureCouplingAnalysisCandidate:ChenHanSupervisor:A.Prof.ZhangLanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechatronicEngineeringDateofSubmission:January,

3、2018DateofOralExamination:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨

4、工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学

5、送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要顶部张紧立管是目前深水油气资源开发中最常用的立管类型之一。位于顶部张紧立管最下端的回接连接器，用于实现顶部张紧立管和水下井口之间的连接，保证连接的紧密性。本文以适用于18.75inH4井口的顶部张紧立管液压连接器为研究对象，开展液压连接器的结构设计、密封结构力学特性分析、稳态传热和热-结构耦合分析，以及密封性能试验等研究。对水下井口连接器及其密封圈的国内外研究现状进行调研，分析、比较各类井口连接器的结构形式、密封机理与工作原理，最终确定顶部张紧立管液压

6、连接器的密封方案采用具有密封与密封压力测试功能的金属-非金属复合密封方式，快速锁紧与解锁方案采用液压驱动锁块式锁紧、解锁机构，并对液压连接器关键零部件进行结构设计和材料选择。针对所设计的金属-非金属复合密封圈结构，对预紧状态和工作状态下的金属密封圈建立力学模型，得到金属密封圈轴向预紧力与内压、平均接触应力的关系；对预紧状态和工作状态下的液压连接器密封结构的接触特性进行仿真分析，确定金属密封圈在预紧状态和工作状态下的最小轴向预紧力，对理论计算方法进行验证；对拉伸载荷、弯矩载荷作用下的液压连接器密封结构分别建立力学模型，确定液压连接器

7、密封结构的承载能力。针对液压连接器的稳态传热问题，引入当量导热系数、复合传热系数，建立液压连接器传热模型，对处于极限工作温度下的液压连接器分别进行稳态温度场仿真分析，研究液压连接器在高温和低温工况下的稳态温度场分布情况；将所得到的稳态温度场作为静载荷施加到液压连接器静力学分析模型上，对液压连接器密封结构进行稳态温度场热-结构耦合仿真分析研究，以探究极限温度下液压连接器的密封性能。对金属密封圈试件进行静水压力试验，测试金属密封圈的工作性能和密封性能，得到工作状态最小轴向预紧力与内压的关系，并与理论分析结果对比；对液压连接器样机进行温

8、度测试试验，测试液压连接器样机的保压能力、稳态温度场分布以及稳态温度场热-结构耦合应力，并与理论分析结果对比，验证理论分析的正确性。关键词：顶部张紧立管；液压连接器；密封结构；稳态温度场；热-结构耦合AbstractToptensionedrise