深海管汇连接器设计

海洋资源，是21世纪各国激烈竞争的战略目标之一。由于陆上石油资源的逐渐减少，资源开发走向海洋的趋势日趋明显，各国对深水油气田开发的热潮不减。中国的沿海海域油气资源储量相当可观，尤其我国南海海域含油气构造200多个和油气田180个，年采石油量超过5000万吨。然而，我国尚缺乏深海勘探的实力，这就迫使我们必须加快技术研发和相关人才的培养，不断增强对深水海油气田资源的开发能力。

水下生产系统是深水油气田开发的高效模式。正常情况下，水下生产系统各组成部分安装到海底后，需要通过连接工程完成整个系统的构建。水下连接主要包括井口、管汇、管线终端等生产设施之间的相互配合。水下连接技术多数使用机械连接，水下连接系统主要由水下连接器、专用安装工具等组成，适应于深水工作环境，可以在水下环境快速连接或自动脱开，形成有效密封和设备间封闭的通道，从而实现深水油气的运输。

当前，海底约有一半的石油、天然气资源等分布在深海区域，世界海洋石油开采技术正向大型化、智能化、清洁化和水下生产体系发展。随着今后海洋石油开发的不断深入，新发现的深水油气田开采需要相应的海底管线布置及管道连接技术，因此，开发快速的海底管道连接器具有广阔的前景。

深水管道的连接技术应技术难度非常之大。国外高技术设备从不单独对我国出售，必须根据整个工程项目为合同进行租借，其作业的一切外部条件均由国外公司决定，这实质上是对我国海油资源的一种掠夺，严重制约了我国海洋石油的开采及海洋工程技术的发展。因此，研制出可用于深海工程的专用设备，尽力缩短与国外先进技术的差距，尽早打破国外垄断的局势是我国海洋工程走向深海的关键。

目前，深水管道连接技术主要掌握在国外几家知名公司，而且技术已经相当成熟，产品已经系列化，比较代表性的有Cameron、FMC、OilStates等公司的产品。国内在深水管道连接技术的研究上起步较晚，目前还不具备深海作业的能力，并且受到材料学等相关学科领域技术的薄弱，同样制约了深水管道连接器的研发工作，目前国内只有少部分高校及科研院所在研究，仍然处于积累经验的阶段。

1.卡爪连接器总体结构设计

卡爪连接器分为安装工具、卡爪接头、底座接头三部分，根据卡爪式法兰结构形式设计透镜垫密封圈、卡爪、压力环以及外围配合结构，从而完成卡爪接头与底座接头的结构设计，并且满足1500m水深、被连接管道直径6英寸的工况，针对卡爪接头与底座接头的总体结构与整个连接器作业流程，详细设计安装工具的结构。

2.卡爪连接器接头有限元分析

对重要的卡爪接头零件进行材料选型，设置相关的技术参数，通过固定几何体，网格划分等步骤，得出法兰面处的应力云图和位移云图，与理论计算结果相比较，得出接触应力与位移的关系。

研究方法：采用模型研究法，通过对管汇连接器的初步设计完成三维建模并进行虚拟装配，运用有限元分析软件对其进行应力、变形等参数的校核，以保证其可靠性。

步骤：1.确定课题，查阅相关资料；2.分析管汇连接器工作原理；3.利用三维绘图软件（如solidworks）建立三维模型；4.运用有限元软件进行强度校核；5.撰写毕业设计论文，并进行答辩。

措施：首先通过模拟试验对卡爪连接器功能性原理与密封性能进行研究和分析。通过试验探索了海洋环境及海况对连接器作业的影响，总结了试验过程中出现的问题，分析了问题产生的原因以及解决问题的思路与方法，为下一步研究工作奠定了坚实的基础、积累了宝贵的经验。因此，本项目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，突破密封、锁紧等配套技术瓶颈，形成具有自主知识产权的深海管汇连接器。