海底管道卡压式连接器密封性能分析及试验研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文海底管道卡压式连接器密封性能分析及试验研究硕士研究生：张森指导教师：姚绍明教授学科、专业：机械工程论文主审人：王立权教授哈尔滨工程大学2017年12月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文海底管道卡压式连接器密封性能分析及试验研究硕士研究生：张森指导教师：姚绍明教授学位级别：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：2017年12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:ADissertationfortheDegr

2、eeofM.EngSealingPerformanceAnalysisandTestResearchofPress-FittingConnectorofSubmarinePipelineCandidate:ZhangSenSupervisor:Prof.YaoShaomingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringDateofSubmission:Dec.2017DateofOralExamination:Mar.2018Universi

3、ty: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

4、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：年月日年月日摘要海底管道作为海洋石油天然气资源运输的生命

5、线，在海洋油气等资源的开采过程中起着极为重要的作用。但是海底恶劣的工作环境，如腐蚀，振动，洋流以及海地地震等原因则很容易使海底油气管道遭受破坏，影响海底油气资源的运输、污染海洋环境从而造成巨大的经济损失。当海底管道出现破损时，及时有效地修复和封堵破损管道可以最大程度的减少损失，保证生产的正常运行。水下焊接作为快速修复方案之一，在海底管道修复连接中起着重要作用，但由于海水以及海底高压的存在，导致焊接技术难度大，焊缝含氢高、质量差并且不能连续作业，因此采用机械快速连接的方法更为可靠。海底管道卡压式连接器是一种可用于海洋管道快速修复的机械连接器，其结构

6、简单、操作方便，连接效率高，在海洋资源开采中具有广阔的应用前景。本文首先提出了卡压式连接器的结构方案。研究卡压式连接器的金属密封机理，提出密封部位设计原则。利用有限元软件ANSYS对初始设计卡压式连接器进行数值仿真。结果表明初始设计连接器密封性能较差，需进行优化设计。为提高优化效率，对卡压式连接器相关结构参数进行相关性分析，得到对密封性能影响最大的结构参数组，并对卡压式连接器进行自适应多目标优化设计。对优化后卡压式连接器进行1.5倍额定内压工况数值仿真，研究其密封性能变化情况。对优化后卡压式连接器开展微观接触密封性能研究。基于微观密封间隙中流体流

7、动模型，建立考虑微观气体稀疏特性和密封结合面粗糙度的卡压式连接器气体微观泄漏模型，推导出气体微观泄漏率方程。建立密封结合面微观接触力学模型，推导出平均表面力方程。通过MATLAB和UG逆向工程联合建立微观粗糙表面三维模型并对微观粗糙密封表面接触过程进行数值仿真。对卡压式连接器的微观气体质量泄漏率进行分析，定量评价其密封性能。针对海底管道输送高温油气时卡压式连接器密封性能变化问题，对卡压式连接器进行稳态温度压力耦合场的密封性能研究。建立卡压式连接器的传热模型与有限元模型，对卡压式连接器温度压力耦合场进行数值模拟，分析卡压式连接器稳态温度场分布以及密

8、封性能变化情况。通过对不同温度工况进行模拟，分析卡压式连接器温度场分布以及密封性能随温度变化的规律，确定出其使用温度范围。为了验证设计的