立管卡子紧固件的长套筒防松方法

立管作为连接海底管道平管段与平台上工艺管线的一种重要结构形式,从其立管本身的重要性和特殊性考虑,对支撑构件的要求相应提高,因此对导管架结构上设置立管卡子来约束立管位移。卡子的固定方式常由螺栓、螺母等紧固件固定。其可靠性不言而喻。
1、立管卡子紧固件的长套筒防松现象
图1 为海洋平台中经常使用的卡子结构示意图
用于固定立管卡子的螺母,经常出现松动和脱落等现象,给海洋平台立管带来很大的安全隐患。本发明结合立管卡子紧固件所处的使用环境,提出利用压缩套筒的变形,来提高螺母施加在螺栓上的预紧力的效果。以解决海洋平台立管卡子中螺母的预紧问题,具有一定的现实意义。
海洋平台中立管卡子使用螺栓和螺母等紧固件固定,长期遭受波、流或冰载荷的作用,造成部分螺母松动或脱落,导致立管抱卡旋转等现象发生,给立管的安全带来极大隐患。定期检测固然可在一定程度上避免灾难事故出现,但维护费用高昂。图2为水下检测照片,其中不乏螺母松动或脱落现象。
图2 螺母松动或脱落的照片
2、立管卡子紧固件的长套筒防松方法
目前工程上处理螺母松动的方法主要有三种:(1)增加螺母数量: (2)购买防松螺母或垫片:(3)在连接处涂抹防松胶。
现有防松手段在海洋工程的应用中存在一定的局限性。如第一种和第二种方法,虽然对紧固有帮助,但对作用荷载无法量化:第三种在水下无法实施、效果不佳。
本方法在常规的螺母和卡子的对接法兰面之间增设一段长套筒(即普通圆管)。安装时旋转螺母施加载荷,使套简发生弹性变形。使用期间,套筒会持续稳定地提供膨胀力给螺母,导致增大螺母面的静摩擦力,提高螺母和螺栓的紧固效果。由虎克定律可知:
式中: f为施加在螺栓上的预紧力,l为套筒长度,e为材质的弹性模量,a为套筒的截面积,△l为变形量。
常规螺栓螺母的连接形式见图3,施加了长套筒的螺栓螺母连接形式见图4,长套筒紧固的螺栓、螺母连接使用方法见图5。
图3 常规螺栓螺母的连接形式
图4 施加了长套筒的螺栓螺母连接形式
图5 使用长套筒 紧固的螺栓、螺母连接示意图
1-螺栓;2-螺母;3-套筒;4-立管卡子包板;5-螺柱;6-对接法兰板;7-支撑杆;8-主结构
3、本立管卡子紧固件的长套筒防松方法特征
这种防止螺母松脱的方法,主要特征有:
(1)压缩套筒,获取膨胀荷载;
(2)拉伸螺杆,获取收紧荷载。
膨胀荷载作用在螺母侧壁上,收紧荷载通过螺纹传递到螺母上,同样增加螺母侧壁接触面的法向荷载,从而提高静摩擦力,避免螺母在其他荷载作用下,出现过快松动,为立管结构提高了安全性。
本方法具有的主要特征如下(但不限于):
(1)考虑套筒长度的贡献,在变彤量不改变的前提下,对施加荷载大小降低,方便水下施工;
(2)在施加荷载大小不变的前提下,考虑长套简的贡献,可以获得更大的变形量,从而增加防松行程;
(3)在螺母压缩套筒的作用下,使套简发生弹性变形;内部螺栓杆由于受拉要回收,外部套简受压要延伸,从而提高了作用在螺母上的垂向荷载,进而提高螺母静摩擦,确保螺母不转动。


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