深海球阀的优化与密封性能分析

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1、天津大学硕士学位论文深海球阀的优化与密封性能分析OptimizationandSealingPerformanceAnalysisofDeepSeaBallValve学科专业：机械工程研究生：吴松勇指导教师：李清教授企业教师：陆培文高工天津大学机械工程学院2017年5月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均

2、已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文摘要随着陆地油气资源日渐枯竭，越来越多的石油公司都把目标投向了海洋。深海阀门是海底管道系统中的重要调控部

3、件，对海底油气输送安全起着重要作用。国内海洋油气资源大规模的开发，对深海阀门的需求变得更为迫切，而国内对深海高压阀门的开发尚未形成规模，深海高压阀门的结构设计、材料特性研究、性能优化、可靠性等成为国内研究的重要课题。本文以深海高压阀门为主要研究对象，从深海工况出发，确定了深海高压阀门阀门方案及设计需求，完成了阀门材料双相不锈钢2205的化学成分分析及其各项性能的总结。分别对深海高压阀门只受海水外压、只受管道内部介质内压以及内外压复合三种工况进行强度分析，得到阀门等效应力、变形的大小与分布。在阀门内、外压力相同时，只受外压为较危险工况，较之陆地

4、阀门，海底阀门阀体受到的应力的更大。根据阀门在海底工况下阀门内外存在温差的特点，对阀门进行了热应力分析、应力耦合分析并进行了应力评定，仿真得出阀座和阀体在应力集中部位的一次应力与二次应力结果，证明设计的阀门符合设计标准，并发现阀体尺寸存在较大盈余，有较大优化空间。并根据分析设计标准，通过拓扑优化得到阀体材料合理分布方案，以阀体结构尺寸作为设计变量，对阀体进行目标参数优化，得出阀体最优结构尺寸，改善了阀体整体应力分布，提高海底阀门球阀整体结构强度和经济性。最后研究了阀座变形与密封比压之间的规律，通过提取出阀座内环上三条路径的变形替代阀座整体的变

5、形状况，分别改变内压与外压的大小，仿真得到阀座密封面上的比压变化情况，确定阀座变形与密封比压之间的关系。依据阀座变形与密封比压之间的关系确定阀座改进方案，使阀座密封面上的最大密封比压降低到材料允许范围内，并且使密封面上的密封比压分布更加均匀，提高了阀座使用可靠性与密封性。关键词：深海阀门，双相不锈钢2205，结构优化，密封性能I万方数据ABSTRACTWiththedeficientofoilandgasresourcesonland,theexploitationofsearesourcesisreceivingmoreandmoreatt

6、ention.Thesubseavalveisanimportantregulatingcomponentofsubmarinepipelinesystems,andplaysasignificantroleinthetransportationofoilandgas.Becauseofthelarge-scaleexplorationofseaoilandgasresourcesinchina,thedemandofsubseavalvesisbecomingmoreurgency.However,domesticresearchofhig

7、h-pressuresubseavalveisstillinitsinfancy.Thestructuredesign,materialcharacteristicsresearch,performanceoptimizationandreliabilityofsubseavalvearebecomingimportantsubjectinthedomestic.Focusedonhighpressuresubseavalvebody,byanalyzingtheworkingconditionofsubmarine,thevalvebody

8、schemeanddesigndemandhavebeendetermined,chemicalcomponentanalysisofbodymaterialof2