【正文】 (式327) (式328)法蘭的軸向應力、環(huán)向應力和剪應力應不大于設計溫度下法蘭材料的許用應力，即有：，,式中：—設計溫度下(操作狀態(tài))高頸材料的設計許用應力，—室溫度下(裝配狀態(tài))高頸材料的設計許用應力，最終校核合格。（8)卡箍應力計算1）卡箍本體處內徑處的軸向應力： (式329) (式330)式中：—卡箍凸緣的有效力臂，—卡箍凸緣的有效長度，—連接件中心線到螺栓中心的徑向距離，—螺栓中心到卡箍橫截面形心處徑向距離，—離卡箍中性軸的尺寸，, , 2）卡箍本體處外徑處的切向應力： (式331) (式332) 3）卡箍曲緣的最大剪應力： (式333) (式334)4）卡箍凸耳的彎曲應力； (式335) (式336)5）卡箍與高頸接觸處應力： (式337) (式338)卡箍的軸向應力、切向應力、最大剪應力、彎曲應力和接觸應力都不大于設計溫度下卡箍材料的許用應力，即有：，，,最后得出卡箍校核合格，以此為依據(jù)對卡爪連接器進行整體設計。3．4 垂直式卡爪回接機具的結構設計3．4．1 總體結構概括依據(jù)設計方案，管道法蘭卡爪連接機具總體結構分為卡爪連接器，對接引導定位，液壓系統(tǒng)幾大部分，總體結構如圖3．3所示。1. 下法蘭 垂直式卡爪連接機具，機具靠ROV輔助作業(yè)和引導套筒實現(xiàn)粗對接，壓系統(tǒng)提供推力推動驅動環(huán)，卡爪連接器的卡爪在驅動環(huán)的作用下抓合兩法蘭，并靠驅環(huán)的作用定位，完成對接。3．4．2 卡爪連接器設計卡爪連接器工作實質是18只卡爪在驅動環(huán)的作用下從處在開位狀態(tài)到抓合兩蘭，實現(xiàn)兩法蘭之間的密封，實現(xiàn)對接。顯而易見，卡爪連接器是整個機具核心所在，其型如圖3．4所示。1. 驅動環(huán) 管道法蘭卡爪連接器夾緊結構：夾緊結構是由卡爪、上下法蘭和驅動環(huán)及密封元件構成，主要的功能是18個均卡爪抓和下法蘭錐面的情況下壓緊密封圈塑性變形，進而實現(xiàn)管道回接的密封效果。因此夾緊機構設計必須滿足這種需求。1. 驅動環(huán) 卡爪張開連接剖面如圖3．5所示，夾緊機構工作過程如下：驅動環(huán)1在液壓缸5的作用下上提，進而動鑲嵌在上法蘭槽外面的卡爪13上提，這樣卡爪處于張開狀態(tài)，卡爪斜錐面張開的幅度直徑295要大于下法蘭面最大直徑292,標準設計允許角度偏差，英寸軸偏移，與此同時限位套筒4也限制驅動環(huán)l上移的距離，進而保證卡爪張開的角度不易過大也使卡爪不會脫離驅動環(huán)內側的瓶頸。 卡爪閉合連接剖面如圖3．6所示，在標準完成對接后，液壓缸5驅動移動環(huán)板2從而驅動驅動環(huán)下移致使卡爪閉合，壓縮上下法蘭槽內安裝金屬密封圈15，使其壓縮變形，從而達到密封效果石棉密封16起到輔助功能，有效防止長時間在海底工作環(huán)境下海水對金屬密封圈的蝕，起到保護的功效，也是其設計的創(chuàng)新之處。推進結構：推進機構是由液壓缸，限位套筒，引導桿，彈簧，移動環(huán)板和固定環(huán)板等附件成，其主要功能是提供驅動力來實現(xiàn)卡爪的準確張開與閉合，還保證張開的限位功能，同還要提供后備推力從而實現(xiàn)連接器長久工作的穩(wěn)定性。 推進結構件圖如圖3．7所示，推進結構與夾緊機構緊密相連。推進結構的工作過程是：夾緊液缸的活塞桿開始一直處于收縮狀態(tài)，進而帶動驅動環(huán)致使卡爪處于張開狀態(tài)，當上下初準結束后，輔助工具ROV就會在按動外裝置上的控制板，進而驅動夾緊液壓缸活塞桿伸出從而使卡爪抓和下法蘭。伸縮液壓缸采用的是優(yōu)瑞納斯廠家生產(chǎn)的前鉸軸式液壓缸，缸蓋處有鉸軸，通過耳座將液壓缸安裝在垂直回接機具的橫梁上?；钊麠U前端帶有螺紋裝在移動環(huán)板上，安裝保證了鉸軸中心線和前端中心線在同一個平面上。定位圓螺母17證活塞桿伸出長短準確定位。 3．4．3 對接引導裝置結構設計對接的引導裝置附著在卡爪連接器的外側，由引導套筒、海底固定錐形筒、控制及活塞固定座和一對對準液壓缸等組成。其功能是確保張開的卡爪連接器準確下法蘭端定位，實現(xiàn)卡爪連接器的初對準，只有先保證了上下法蘭初對準的精度要求條件下，才進行卡爪的抓和和密封工作，同樣起到關鍵作用。1. 海底固定錐形筒 7對準缸活塞 對接引導裝置結構件圖如圖3．8所示，對接引導裝置的工作過程如下：首先是吊車下放整個機具下放到底平臺上方，ROV牽引整個機具下放，這時引導套筒2成功套在海底固定錐形筒2上，由引導套筒的下端開口遠大于錐形簡的端口，這樣很容易實現(xiàn)整個機具的粗對準，而套簡內徑略大于錐形筒的外徑，一直到活塞固定座3與錐形筒接觸并將其勾住，這時由ROV來節(jié)控制板，對準液壓缸4沿著引導套筒的滑道和整個機具下落，一直到上法蘭與下法蘭端面接觸如圖3．5所示的狀態(tài)，這時張開的18個卡爪包裹在下法蘭的邊緣，隨時準備好和法蘭。其中對準液壓缸的行程就是引導套筒的下落的距離。3．5 本章小結本章首先對液壓驅動的管道法蘭卡爪連接機具的結構原理進行了具體分析，然后對機具的導向對準裝置和卡爪連接器裝置進行了詳細的工作原理分析和具體結構設計。結 論論文介紹了海底管道連接技術國內外發(fā)展現(xiàn)狀，深入研究了國外海底管道連接機具和回接方式，根據(jù)課題要求，設計了一種專用于海底管道平臺間跨接所需管道法蘭卡爪連接專用機具。本文完成的工作如下：l、根據(jù)海底作業(yè)環(huán)境及設計指標，提出了海底平臺間跨接所需的管道法蘭卡爪回接機具設計方案及管道連接工藝。明確機具功能和機械動作前提下，對管道卡爪機具進行了結構設計。包括鞏固穩(wěn)定功能且雙密封結構的卡爪連接器；研制出一套準確定位、導向的對接引導裝置，保證機具管接頭與海底平臺頸端管接頭準確接合。對管道法蘭卡爪連接機具的核心受力部件進行了有限元分析，對卡爪連接器裝置進行了運動學仿真，驗證了結構設計的合理性。管道法蘭卡爪連接機具的研究在我國僅僅處于起步階段，與國外的先進技術相差很大。但由于時間原因，設計上還存在某些缺陷的地方：設計的機具是垂直式卡爪連接的，后續(xù)應考慮研究水平卡爪機具，那樣能更好的保證回接質量和精度，同時多樣的機具也能更加靈活的運用在海底管道回接技術上。設計的引導裝置是不可回收式的，應著重研究引導對接裝置的可回收性，這樣能更加節(jié)約成本，經(jīng)濟性更好。參考文獻 吳時國，袁圣強．世界深水油氣勘探進展與我國南海深水油氣前景．天然氣地球科學，2005，l6(6)：693699頁 李清平．我國海洋深水油氣開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)．中國海上油氣，2006：131133頁 楊川恒，杜栩，潘和順等．國外深水領域勘探進展及我國南海北部陸坡深水區(qū)油氣勘探潛力．地學前緣，2000，7(3)：247253頁 劉鐵樹，何仕斌．南海北部陸緣盆地深水區(qū)油氣勘探前景．中國海上油氣地質，2001，15(3)：164170頁 連璉，孫清，陳宏民．海洋油氣資源開發(fā)技術發(fā)展戰(zhàn)略研究．中國人口．資源與環(huán)境，2006，6667頁 時黎霞，李志剛等．海底管道回接技術．天然氣工業(yè)，2008，28(5)：106108頁 李一平．水下機器人一過去、現(xiàn)在和未來．自動化博覽．2002(3)：5658頁 關俊峰．卡爪式深海管道自動連接機具技術研究．哈爾濱：哈爾濱工程大學碩士學位論文．2008：1020頁 管道與管道附件機械設計手冊編委會．機械工業(yè)出版社，2007(11)：1819頁 周延東．我國海底管道的發(fā)展狀況與前景．中國海洋石油總公司海上工程公司．1998 岳進才．壓力管道技術．第二版．北京：中國石化出版社，2005：128頁 鄭津洋，馬夏康，尹謝平．長輸管道安全．北京：化學工業(yè)出版社，2004，48頁 國內外鉆井與采油設備新技術．北京：中國石化出版社，2005．1：246頁 馬克忠，巫廣州．管道安裝工程施工技術．成都：四川科學技術出版社，2001：6668頁 張金和．圖解管道安裝操作技術．北京：中國電力出版社，2005：5762頁 趙文軍，張樹梅，王翔等．高溫高壓法蘭密封施工技術．石油化工設備．2006，35(3)：68頁 富永新，楊春光．管道密封墊片的分類與應用．遼寧化工．2005，34(6)：266頁 顧伯勤，李新華，田爭．靜密封設計技術．北京：中國標準出版社，2004致 謝本論文是在倫冠德老師的親切關懷和精心指導下完成的，老師一方面在學習和學術研究上嚴格要求，另一方面則在生活上給予了真切關懷。指導老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的學識、誨人不倦的精神和寬厚樸實的作風給學生留下了深刻的印象，使學生終身受益無窮。籍此論文完成之際，謹向指導老師致以最崇高的敬意和最衷心的感謝!在課題的研究過程中，作者還得到了其他老師的無私幫助和耐心指教，在此向幫助我的老師表達誠摯的謝意!我還得到了馮洋、馮汝廣、雷震、韓文康等同學的熱情幫助，也向他們表示衷心的感謝!感謝所有幫助過我的老師、同學和朋友!感謝對論文進行評審、提出寶貴意見的各位專家!再次感謝幫助過我的老師和同學！34