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深水管道内封堵器密封性能的研究

刘铜  
【摘要】:海底管道作为输送油气的重要通道,是海底石油和天然气资源开采系统的关键部分。然而,复杂的海底环境,使得海底管道不可避免的遭受各种形式的损失和破坏。如果不能及时的对损伤进行处理和维修,不但无法正常生产,造成经济损失,还会带来环境污染和生态破坏。深水管道内封堵器主要针对管道漏点快速封堵维修,可以实现破损管道的及时维修和快速复产,对于管道的应急维修具有积极作用。本文在海底管道应急维修相关技术分析基础上,着重对作在水深1500m的深水管道内封堵器密封结构进行了深入研究,明确了密封结构的工作原理。利用超弹性体非线性本构理论建立胶筒橡胶的应变能函数,采用单轴拉伸试验得到其模型的参数,针对其在自由变形和接触变形两个阶段的不同边界条件来进行受力分析,得出压力和位移与所施加轴向力的关系,确定胶筒密封过程中不同变形阶段的变形情况和应力分布。通过弹性理论分析接触条件,并对密封面进行微观受力分析,建立微凸体模型,从法向、切向和黏着三方面分析(研究)微凸体的接触状态,并利用分形理论建立其二维模型,对接触面的接触应力和摩擦应力进行仿真研究,确定密封面的接触应力和摩擦应力的分布规律,分析研究胶筒与管道接触应力对密封的影响。针对实际工况,采用逆解法测量管道应变,通过弹性有限元理论反推接触应力,得出管道壁厚和所测接触应力之间的关系,建立管道应变和接触应力的力学模型。分析单胶筒不同端面倾角对接触应力和接触面积的影响,加防突环的密封结构对密封应力的影响,确定双胶筒上的接触应力、摩擦应力以及各个胶筒的作用。


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