海洋资源是目前各个国家激烈竞争的重要目标。由于陆地上油气资源的逐步减少，对海洋油气资源的开采是人类继续前进的必然选择。中国的沿海海域已探明油气储量比较可观，其中包含的油气构造和油气田均达到几百个，年采石油量数以万吨。但是我国在深海勘探方面的技术尚还缺乏，即要求我们必须在技术研发和人才培养方面投入足够的资源，切实增强对海底油气资源的开采能力。

目前，国内尚且还没有深海管道连接作业的科学技术，而我们要进行开发深水资源，水下生产系统是不可或缺的模式。本文旨在研究水下生产系统中卡爪连接器技术，根据包括管汇，管线等生产设施的配合，以及海底水流工况。争取打破国外在这方面的技术垄断，提升海洋资源开发综合国力。

1.3深海管汇连接器国内外研究现状与发展趋势

1.4论文研究的主要内容

研究方法：通过对国内外连接器相关文献进行研究，分析其整个结构，包括其组成部件和工作流程。把1500m水深的管汇连接器作为研究对象，根据具体要求对管汇连接器进行三维建模，并进行装配，在对材料选型后运用有限元软件对其进行应力、位移等参数的校核，以保证其可靠性和合理性。

研究措施：通过参考相关资料了解海况及其对连接器工作的影响，总结了工作中出现的技术问题，分析产生的原因并提出解决问题的思路。因此，本文针对深海管汇连接器关键技术及装备进行研究，提升水下生产系统主要装备的自主设计能力，通过突破密封、主要部件尺寸设计，特性材料选择等难关，形成具有自主知识产权的管汇连接器。

第二章 卡爪连接器方案设计

2.1连接器设计技术参数

根据已开发出来的连接器产品，结合我国目前深海资源开采的能力，要求连接器设计需满足以下条件：

1.水深1500m，法兰内压34.5Mpa；2.被连接管道直径6英寸；3.满足密封；4.连接时长为25min至40min。在上面参数中，管道尺寸和承载力主要根据实际海况条件提出的设计要求；

连接时长预估计设计的参数，范围主要考虑整个连接器工作时长和平稳性，影响该时间的因素包括零件结构、液压件的选型等，经过考虑上述问题，在设计期间要算出合理的耗时量；在我国，大部分油气开采只在南海进行，这片水域平均深度为1500米，因此我们设计的连接器工作水深适用于此环境；承载重量连接器携带接头后的重量要低于设备最大额定承吊值。

2.2深水连接器的分类及选型

根据机械连接方式，可以分为螺栓式连接、卡箍式连接及卡爪式连接等[2]。螺栓连接是陆地上连接形式中最为有效和便捷的连接方式，通过螺栓连接并增加轴向预紧将两法兰末端固定[3]。在实际过程中只要按照经验公式计算预紧力大小，并施加扳手力矩就能满足要求[4]。而对于深水管道连接，超过500米水深工作时，不允许有人员进行现场观测和调整[5]，需要通过水下机器人进行误差较大的移动或简单操作完成管道的连接。因此过多的螺栓连接就对工作造成了困难，所以在深海环境条件下用螺栓法兰式连接器比较少[6]。图2.1为螺栓法兰连接器。