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    管道机械接头密封性能的有限元分析

    2019-04-15   来源ㄩ   点击数ㄩ0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   ?#40092;首?#20307;大小:
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     中国钢管信息港多出鲜活生动的报道ㄩ管道特点与传统的单层管和双层保温管相比ㄛ无论从设计﹜建造﹜还是海上安装方面ㄛ集束管道都有很大的区别﹝主要体现在ㄩ可以对内置的多根输油管道提供良好的热绝缘和腐蚀保护﹝特别是在深水油气资源开发中ㄛ可?#28304;?#22823;降低深水低温导致的管道结蜡和水合物生成的风险﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛在油田内部ㄛ往往需要多根输油管道ㄗ含电缆ㄘ连接海底基盘﹜采油和外输设施ㄛ集束管道系统可把这些输油管道平行汇集在?#40644;?#25918;入一个护套管及?#24615;?#31649;中ㄛ这些输油管道可以依靠设置在固定间距的垫块来实现定位﹝?#24615;?#31649;在安装过?#22871;?#20026;运送管ㄛ将诸多的输油管道一次性安放到海底就位﹝同?#20445;?#28023;上安?#23433;?#38656;专用铺管船ㄛ使用租金便宜的?#19979;?#21363;可ㄛ这不仅可?#28304;?#22823;降低海上铺设安装的工期?#22836;?#29992;ㄛ而且使海底管道走廊带的宽度降至最小ㄛ避免了不必要的?#23548;愓?#21478;外ㄛ也使抛锚对海底管道损伤的风险降到最低﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛管接头的密封性能是管道运输系统中最关键的控制性技术指标ㄛ管接头的失效会直接导致输送介质的泄漏ㄛ会造成?#29616;?#30340;后果﹝因此ㄛ研究管道接头的密封性能有着重要的实用价值﹝
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    ﹛﹛管道机械接头是一?#20013;?#22411;的金属管道连接技术ㄛ它是利用管接头件在压接过程中产生的弹塑性变形而实现的管道连接ㄛ该种连接方式具有无需焊接ㄛ速度快﹜机械化﹜自动化程度高ㄛ可大幅度降低劳动强度等优点m.ㄗ1"=2.54cmㄘ管道机械接头ㄛ分析管接头的密封原理及其影响因素ㄛ并运用Marc有限元软件2对管接头的抗内压过程进行数?#30340;?#25311;ㄛ从而进一步研究管接头的密封性能﹝研究结果为管道机械接头的结构设计提供理论依据﹝
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    ﹛﹛1管道机械接头的基本结构及其工作原理管道机械接头的设计结构如所示﹝
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    ﹛﹛管接头结构图管接头为轴对称结构ㄛ由2个外部套管和1个内部管箍组成﹝其工作原理是将被连接管道的两端插入管箍内ㄛ管箍内表面设有5条凸起的环形筋条ㄗ中间条是被连接管道插入管箍时的定位环ㄛ另外每段被连接管道的端部各有2条?#36153;?#29615;ㄛ?#36153;?#29615;的截面设计为等腰梯形最佳ㄛ若能使?#36153;?#29615;产生径向弹塑性变形ㄛ则可让?#36153;?#29615;牢固箍紧于被连接管道上H.管箍外表面设计成一定锥度ㄛ在管箱的外部另有一对套管ㄛ套管带有内锥度﹝在连接过程中ㄛ利用专用加载机具对套管沿轴向相向加力ㄛ两套管即可相对于管箍分别进行左?#19968;?#21160;ㄛ于是管箍受套管所施加的径向压力作用ㄛ发生弹塑性变形ㄛ被压紧在需连接的管段上ㄛ从而实现管箍与被连接管道的牢固连接和密封﹝
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    ﹛﹛2管接头的密封原理分析管道机械接头的密封属于静密封?#26800;?#25509;触型密封ㄛ不需要其他密封剂﹜密封垫或者密封圈ㄛ而是通过金属与金属之间的过盈配合而形成可靠密封﹝
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    ﹛﹛中国钢管信息港多出鲜活生动的报道ㄩ在外套管由加载机进行轴向?#24179;?#36807;程中ㄛ由于管箍的锥面作用ㄛ管箍受到径向箍紧力和轴向剪切力ㄛ同时还受到摩擦力ㄛ在径向箍紧力的作用下ㄛ产生径向缩小ㄛ使得管箍与被连接管道之间的间?#23545;?#26469;越小ㄛ直到管箍?#36153;?#29615;接触到内部管道ㄛ径向变形受到了一定的限制﹝此?#20445;狩费?#29615;与管道之间的接触应力越来越大ㄛ当接触应力达到一定的程度ㄛ法向压力提高到足以引起管道表面发生明显的弹塑性变形?#20445;狩费?#29615;与管道之间开始出现零间隙ㄛ形成所谓的过盈配合ㄛ即可达到密封的效果﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛由于两段被连接管道之间只通过定位?#26041;?#34892;定位ㄛ其接触面上不存在其他的密封剂或者密封圈ㄛ因此在?#23548;使?#31243;应用中ㄛ管道内的流体会从两段被连接管道的接触间隙中溢出ㄛ并渗入管道外表面与管箍内表面之间的间隙中ㄛ直?#33391;?#38553;中由于流体充满产生的压力与管道内压力大小相等ㄛ此?#20445;?#31649;箍将受到间隙内流体产生的内压力ㄗ见ㄘㄛ管箍?#36153;?#29615;除?#21496;?#26377;连接管道的作用之外ㄛ还必须能够隔离管道内的流体ㄛ从而起到密封保护作用﹝因此ㄛ为了保证管道的密封性能ㄛ管接头必须能够承受与管道内压大小相等的压力﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛密封面的接触应力对密封性能的影响管道的密封性能主要取决于连接后管箍?#36153;?#29615;与内部被连接管道之间接触面的接触应力﹝接触应力是接触面的法向负荷﹝只有足够大的法向负荷ㄛ才能使管箍?#36153;?#29615;与被连接管道之间形成阻止泄漏的零间隙过盈面ㄛ?#20197;?#31649;道内流体处于最大内压?#20445;?#25509;触应力仍然存在﹝因此ㄛ为了保证接头的密封性能ㄛ必须根据管道内?#22266;?#20214;合理设计管箍﹜管套的结构尺寸ㄛ使得接头与管道连接后ㄛ在其接触面上产生足够大的弹塑性变形ㄛ即使在承受管内最大内压?#20445;?#20854;接触面上仍然形成过盈面ㄛ并能够阻止被密封的管内流体泄漏ㄛ达到可靠密封的效果﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛表面状态对密封性能的影响表征密封表面性能状态的参数有粗糙度﹜平整度﹜表面纹理方向?#23433;猊有?#29366;态等ㄛ这些参数都影响着管接头的密封性能ㄛ其中粗糙度和表面纹理影响较大﹝粗糙度是指微峰和微谷与平均值的差别ㄛ是材料切削方法ㄗ车﹜磨﹜削ㄘ所造成的结果﹝由于降低粗糙度会增加其生产成本ㄛ因而在加工中般以折?#26800;?#21150;法取粗糙度为0.8~1.6m.加工方法的不同引起表面纹理方向的不同ㄛ分为单向的﹜多向的﹜径向的和周向的﹝由于管道机械接头为回转体ㄛ周向的纹理有利于增强密封性能ㄛ如果不能形成周向纹理ㄛ则必须使加工表面更加光洁ㄛ?#28304;?#21040;同样的密封效果﹝
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    ﹛﹛中国钢管信息港多出鲜活生动的报道ㄩ管接头的有限元模型建立Marc软件是处理高度组合非线性结构﹜热及其他物理场和耦合场问题的高级有限元软件ㄛ其突出特点是非线性分析能力H.Marc计算分析过程主要由建立模型﹜网格划分﹜加载求解和结果显示组成S.建立了管接头有限元模型ㄗ如所示ㄘ﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛管接头有限元模型管接头的工作物理过程的有限元分析是一个复杂的问题ㄛ在工作过程中ㄛ局部可能产生塑性应变ㄛ同时管道与管接头之间ㄛ管接头内外件之间均会产生接触ㄛ表面还会产生摩擦应力63.因此ㄛ整个分析过程不但包括材料非线性﹜状态非线性ㄛ而且包含摩擦ㄛ但为了使求解过程简单顺利而忽略了摩擦﹝由于管接头为轴对称结构ㄛ为了使求解过程更加简便ㄛ可以取其截面建立2D模型ㄛ其中管道模型参数为标准管材ㄛ其弹性模量7为210GPaㄛ?#27492;?#27604;为0.3.管接头材料牌号为Q345ㄗ16Mnㄘㄛ材料密度为7.85gcm3ㄛ弹性模量为210GPaㄛ?#27492;?#27604;为0.3ㄛ屈服强度为345MPa8. 4.2管接头的有限元分析及结果管接头的密封性能主要取决于管接头的抗内压性能ㄛ管接头在抗内压过程?#26800;?#26377;限元模拟分析是建立在压接过程基础上的﹝充压过程中ㄛ从管道内部表面向外施加一定的压力载荷ㄛ载荷的大小随着整个抗内压过程不断呈线性增大ㄛ直至管接头受内压导致接触面出现间隙ㄛ密封失效﹝
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