深水管道封堵器设计及振动特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文深水管道封堵器设计及振动特性研究硕士研究生：耿亚飞指导教师：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03月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文深水管道封堵器设计及振动特性研究硕士研究生：耿亚飞指导教师：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:ADisserta

2、tionfortheDegreeofM.EngResearchonVibrationCharacteristicsandDesignoftheDeepWaterPipelineOccluderCandidate:GengYafeiSupervisor:AssociateProf.ZhangLanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringDateofSubmission:January.2018D

3、ateofOralExamination: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）

4、：日期：年月日哈尔滨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

5、可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日深水管道封堵器设计及振动特性研究摘要管道输送是海洋石油开采工程中一种重要的输送方式，其载体海底管道是油气输送系统中的重要组成部分。由于海洋环境的复杂性，海底管道容易出现各种形式的损坏，并且随着管道服役时间的增长，也易出现各种形式的失效，当海底管道产生破坏时不可避免的就会产生油气泄漏，不仅会造成巨额的经济损失，而且泄漏出的油液还会对海洋环境造成严重污染，必须对发生事故的管道及时进

6、行封堵，并实现快速复产，为此，本文设计了一种可用于水下1500m深的海底管道封堵维修转接装置。本文在分析海底管道封堵相关技术的基础上，结合海管泄漏实际工况的特点以及主要技术参数，确定一种深水管道封堵转接系统的总体方案，并对关键零部件进行详细设计及力学分析。封堵器由锚定机构、密封机构、动力装置、导向装置、液压系统以及快速转接装置等部分组成。本文重点研究封堵器密封机理，分析密封胶筒受力变形过程，明确密封面间的接触压力是衡量封堵器密封性能的主要指标。设计出几种不同的密封胶筒结构，并对其进行有限元仿真对比分析

7、，选择一体式胶筒结构进行详细的优化设计。根据封堵器锚定机构基本工作原理，设计出一种斜面增力机构，通过动力装置提供较小的轴向力而获得更大的径向锚定力。在分析锚定压块受力情况的基础上进行嵌入深度分析，明确外加载荷与嵌入深度之间的关系，并进行有限元仿真分析。对锚定压块进行锚定实验，结果表明放大系数并不是固定值，而是随着外加载荷不断变化的，获得接触面间放大系数与外载荷之间的规律及其对实际嵌入深度的影响，实验结果与理论分析一致，验证了理论分析的正确性，锚定块经过150%过载实验仍然完好，表明了压块强度满足设计要

8、求。管道安装封堵器后会形成突变管路，导致管内流体流态产生变化，建立流体总流伯努利方程，分析管道内液流流态，利用FLUENT对其进行仿真研究，得到流态变化规律。本文利用ANSYS有限元分析软件对封堵器进行模态分析，得到固有频率与固有振型，分析其振动特性，并在此基础上分析封堵器在外载激励下的响应，结果表明由管口处流体变化以及洋流等引起的振动不会对封堵器性能造成严重影响，在此基础上对封堵器进行改进设计，为后续工程样机研发奠定了基础。关键词：封堵转接；锚定压块；