水下卡爪式连接器安装工具设计研究

在海洋石油管线连接中多采用卡爪式连接等机械连接方式,针对此类连接器的安装与维护,设计了一套水下卡爪式连接器安装工具。对此安装工具进行了机械结构的设计,并将其工作过程分为下放、软着陆、加载、二次锁紧、回收五个步骤,将安装工具各部件在工作过程中的作用进行了介绍。针对安装工具关键受力部件在工作过程中受力变化的问题,采用分步分析的方法,找出各个部件在工作过程中受力最大的步骤,建立模型,找出各个部件的受力位置并对其施加约束,从而进行有限元分析,得到各个部件的应力及应变。将数据与其所用材料Q345-D的力学性能相比,完全符合设备的工作要求。     

改良T型槽干气密封多参数CFD数值分析

借助高性能工作站计算机,在改良槽型确定的基础上,对T型槽干气密封多参数进行系统性仿真分析,类比分析100余组实验结果。在相关参数固定情况下,得出各个参数对密封开启力及泄漏量的影响规律;然后,采用相对变化率累加计量方式得出几何参数、操作参数对密封性能的影响权重及其与密封性能参数的相互关系;最后,通过将仿真结果导入Matlab中,得到密封间隙内流场三维动压和静压。研究结果表明:所得到的密封间隙内流场三维动压和静压实现了密封压力分布直观三维显示,动、静压力对外压和转速的良好响应揭示了干气密封对高压高速工况具有良好的适应性。     

油气两相动压密封端面结构多参数正交优化及试验研究

针对油滴均匀分布在气相中的油气两相动压密封,利用Fluent软件建立两相动压密封端面间流体模型,并采用多参数正交优化法,分析密封性能参数（工作膜厚、流体膜刚度、泄漏量及摩擦扭矩）随两相密封动压槽结构参数（螺旋角、槽深、槽宽比、槽坝比和槽数）的变化。分析结果表明：在恒定转速、压差和闭合力条件下,通过调整各结构参数均可获得最大工作膜厚;流体膜刚度随着螺旋角和槽深的增大而减小;气体泄漏率和液体泄漏率随密封槽结构参数变化规律相同,且变化规律与工作膜厚相同;得到了定工况下的最优动压槽结构参数。最后通过自主设计的气液两相动压密封实验装置进行静压试验和运转试验,验证了动压密封在油气两相介质工况下应用的可行性。     

新型海底管道连接器密封性能的优化

为了改善新型海底管道连接器的密封性能,给出了一种连接器关键结构参数的优化方法.论述了连接器的结构形式和工作原理,建立了以连接器接触压力方差最小化和最大塑性应变最小化为目标的多目标优化模型,运用径向基函数法建立了目标函数、约束变量与设计变量之间的数学模型,给出了连接器关键设计变量的确定方法,推导了临界接触压力均值的表达式.以某连接器为例,计算得到临界接触压力均值为370MPa,给出了影响密封性能的重要结构参数偏距与过盈量的优化方法,优化结果与有限元结果基本相同.最后对优化前后的连接器进行了对比实验,结果表明:优化后的连接器具有较高的承受内压与外载荷的能力,连接器的密封性能得到明显提高.     

考虑空化效应的螺旋槽液膜密封特性数值研究

为了研究空化效应对液膜密封性能的影响,获得最佳的工况参数,建立螺旋槽液膜密封端面三维模型,在引入JFO空化边界条件下利用ANSYS FLUENT14.0对其流场进行数值模拟,考察空化效应时工况参数对开启力、液膜刚度、泄漏量及空化区域变化的影响。结果表明:在本文的参数下,Sommerfeld条件下液膜在厚度1.6μm左右出现最大刚度,JFO条件下刚度在膜厚为1.5~2μm比较稳定,且此时刚漏比出现拐点,最佳膜厚在1.5~2μm;液膜温度在65℃时空化效应最弱;开启力、液膜刚度、泄漏量、空化区域随转速的增加而增大。     

深水防喷器组井口连接器可靠性研究

通过分析深水防喷器组位于井口时井口连接器的工作状态和重要失效模式,建立水下井口连接器的Markov模型,得到计算系统瞬态和稳态可靠性指标的公式。以墨西哥湾的防喷器可靠性数据为例,定量求解水下井口连接器的瞬态、稳态可用度和平均无故障时间MTTF,研究模型中状态转移概率对系统的稳态可用度和MTTF的影响。结果表明:水下井口连接器具有很高的稳态可用度和MTTF;降低水下井口连接器在正常运行期间发生"外部泄露"和"解锁失败"故障的概率可以有效地提高系统稳态可用度和MTTF,而在测试期间发生故障的概率对系统性能的影响较小。     

基于结构优化的闸快速启闭与双向静密封结构研究

闸在社会生活的各个方面大量使用。闸的性能关系着生产能否顺利进行、生活是否顺畅便捷。影响闸性能的因素有很多,本文尝试从结构优化角度出发,对闸杆的快以及闸的摩擦密封性展研究,并提出设计方案。     

螺旋密封的密封能力及参数优化

建立了流体作层流运动条件下螺旋密封的封液能力模型.用CFD分析了压差力作用下密封介质受力分布和压差力作用下密封介质速度分布,并以此求出泵送流量和压差作用下产生沿螺旋槽的泄漏量和环形间隙产生的泄漏量.根据流量平衡理论求解出密封系数,并对螺旋密封结构的参数进行了参数优化,得出最佳螺旋密封结构参数,即当齿顶宽和齿槽宽比值为1,齿槽深和间隙比值为2.61,螺旋升角为15.6°时密封能力最强.为层流条件下螺旋密封结构参数的选择提供了参考.     

压裂泵柱塞密封副有限元分析

用有限单元法对OPI-1800AWS型压裂泵柱塞密封副进行了有限元分析,获得了橡胶密封圈与柱塞之间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。计算表明:橡胶密封圈在工作介质压力的作用下,有“偏离效应”的存在。即在密封圈的接触宽度上,唇部受拉伸,根部受压缩,主密封在靠近唇部位置;同时,主密封带的位置不随介质压力的变化而变化,且最大接触应力与工作介质压力之比为1.23。所有这些为润滑状态和密封机理的分析提供了计算依据,同时为密封圈结构设计提供了新的认识和理论依据     

超深水水下分离器承压性能数值分析与试验研究

以中国自主设计制造的2 000 m超深水水下分离器为研究对象,基于图算法和一致缺陷模态法分析分离器样机极限承载能力;建立包含嵌入式接管子模型的水下分离器精细数值模型,研究马鞍形焊缝应力分布规律;设计高压舱试验验证水下分离器样机的物理承压能力,并对比分析高压舱试验数据和数值计算结果。研究表明:水下分离器样机失稳模式为塑性失稳,下放工况应该主要评估其结构强度;接管马鞍形焊缝的鞍点和冠点以及N1接管焊缝的角度φ为45°和135°位置为应力特征点;试验样机在高压舱试验过程中整体应力水平处于线弹性变形阶段,能够满足2 000 m水深的承压强度要求,模拟结果和试验结果吻合较好。     

裂纹监测涡流传感器优化设计及试验研究

为了提高涡流传感器监测裂纹灵敏度,应用COMSOL软件AC/DC模块建立了涡流传感器监测系统模型,并搭建试验系统证明了其正确性;优化了涡流传感器的结构参数,基于优化结果试制了涡流传感器,并进行了预制裂纹监测试验.模型分析与试验结果表明:提离距离越小,基材厚度越薄,系统监测灵敏度越高;涡流传感器各通道通过裂纹区域时,跨阻抗幅值和相位都增大,以综合跨阻抗幅值和相位的变化率作为系统输出信号,提高了监测灵敏度,传感器分辨率达到1mm.     

扁平接链环强度的有限元分析与静、动态实验

应用ANSYS大型有限元分析软件，在结构状态非线性下．对接链环的力学简化模型进行加载受力分析，得出齿部应力的分布规律，据此对φ30的矿用扁平接链环进行静、动态电测实验，分析得出产生最大应力的位置。并将有限元分析结论与试验结果相对比，找出齿形存在的缺陷，为接链环合理的结构改进及疲劳分析提供了重要依据。     

大间隙磁流体密封的磁场有限元分析及实验验证

采用有限元法,研究了密封间隙值为0.4～0.8 mm范围内大间隙并联型磁流体密封结构的磁场分布及密封能力与磁源个数的变化关系,采用实验的方法验证了大间隙对多磁源磁流体密封性能的影响,并对计算结果进行了分析和讨论.结果表明:大间隙并联型磁流体密封能力随着密封间隙的增加而减小;多磁源的密封结构可以显著提高大间隙磁流体的密封性能;永磁体与极靴结合处的漏磁及部分磁源没有完全发挥作用,是导致并联型磁流体密封结构的密封能力与单磁源的耐压能力成非线性关系的原因.     

FL115离心式机油滤清器的特性研究与试验分析

建立了分流离心式滤清器转速特性和液力特性的数学模型.通过试验得到FL115离心式滤清器在不同喷嘴口径以及不同温度工况下的转速特性曲线和液力特性曲线,以及滤清效率.分析了转子转速、驱动流量和进油压力三者之间的关系,推出了设计喷嘴的最佳口径范围.通过理论数据与试验数据的比较,证明了该数学模型可以作为研发离心式滤清器的设计参考.     

试验设计中多元回归分析方法的研究

在分析研究试验设计产例的基础上，提出了多元回归分析在试验设计中的应用方法。通过对试验数据建立的回归模，可以预测到更好的因素水平，可以指导第２轮试验设计。     

基于模糊贝叶斯网络的水下生产系统 人因可靠性分析

近年,随着水下生产系统的应用范围不断扩大,人员在设计、运行、操作、维修维护等工作中造成的故障和失效问题逐渐凸显。人因导致的操作失效已成为水下生产可靠性中重要的风险因素。因此,有必要对水下生产系统进行人因可靠性分析,找出对人因失效概率影响较高的因素,提出改进措施,降低人为操作失误概率。本文通过构建水下生产系统人因风险因素体系,利用信度、效度指标验证了数据的合理性,并借助结构方程模型确定人因风险因素的权重系数,构建贝叶斯网络,利用模糊理论量化人因概率,实现对水下生产系统人因风险的预测和评估。最后通过南海某水下生产系统的实例分析,验证了该方法的适用性,为水下生产系统的人因风险预测和防范提供了参考依据