半浸没圆柱拖曳力系数水池试验

为了对海上黏接式输油管设计进行适用性研究,得到其在不同来流速度和浸水深度的拖曳力系数,在拖曳水池中对不同浸水深度的圆柱进行水动力特性试验。使用3种不同直径的圆柱刚性体模拟输油管,以5种不同的拖曳速度对圆柱进行拖曳,针对5种不同的浸水深度,测量圆柱所受到的水动力,雷诺数Re的变化范围为4.6×104~7.0×105。试验结果表明：不同浸水深度的拖曳力系数存在较大的差异,对于同一种圆柱,在Re一定的情况下,圆柱的拖曳力系数随着水深逐渐增加。此外试验中还观察到阻力危机现象,这与流场的Re有关,并针对该现象进行分析。试验中得出的拖曳力系数结果对实际工程具有一定的指导意义。     

带横隔板圆柱绕流的三步有限元大涡模拟

在三步有限元数值方法的基础上,利用大涡模拟湍流模型对单向流作用下带横隔板圆柱绕流进行了数值分析.在圆柱的背流侧增设横隔板属于典型的被动型流动控制措施,尽管可以有效减小圆柱所受的水平力,但同时会导致升力有所增加.对带横隔板圆柱尾流区流场的精细化模拟分析,揭示了尾涡演化机制及其与圆柱受力之间的内在联系,为今后进一步发展更为有效的弹性隔板主动型流动控制措施奠定了重要基础.     

用基于SST模型的DES方法数值模拟圆柱绕流

采用基于Menterk-ωSST两方程湍流模型的DES方法对粘性不可压缩流体的圆柱绕流问题进行数值模拟,通过对所得的速度场、压力场、阻力系数、升力系数、斯特罗哈数St等结果的分析及与文献上的实验和计算数据的比较,说明DES方法对于低雷诺数及高亚临界雷诺数的圆柱湍流流动是合理的。     

自升式平台圆柱式桩腿拖曳力系数数值模拟

为得到Morison方程计算桩腿所受拖曳力所需的合理拖曳力系数,利用Fluent对圆柱式桩腿周围的流场进行三维数值模拟,分析来流角、雷诺数和齿条尺寸对拖曳力系数的影响。通过对比数值模拟结果与拖曳水池的试验结果,验证了数值模拟结果的有效性。分析结果表明:来流角和齿条尺寸是影响拖曳力系数的主要因素。当来流角为90°时,桩腿拖曳力系数是光滑圆柱的4.031倍。根据数值模拟结果和试验结果,提出了有利于平台结构优化的拖曳力系数计算公式。     

压力容器圆柱壳弯曲微分方程通解的推导

作为压力容器主要受压元件的圆柱壳，在与其它受压元件相连接处，由于变形的不连续性，导致局部区域产生不连续应力，为了分析该压力值的大小及作用范围，则必须推导出圆柱壳弯曲微分方程的通解；本文应用常系数线性齐次方程的特征万程的通解对圆柱壳弯曲微分方程进行详细推导，求出其通解，并阐述了圆柱壳边缘二次应力作用范围的局限性。     

双圆柱绕流水动力分析的离散涡数值模拟

对双圆柱流动干涉效应的认识有利于了解多管流场的作用机制、确保结构安全。基于离散涡方法,对二维等直径双圆柱绕流的水动力特性进行数值分析。计算串列、并列以及交错排列下双圆柱流动干涉问题,通过对比2个圆柱的升力系数、阻力系数和斯特劳哈尔数以及尾涡结构,观察两圆柱体的干涉效应。对比试验和其他数值模拟结果验证本文方法的可靠性。为进一步研究两圆柱间隙比的影响,计算串列和并列圆柱在不同间隙比情况下的圆柱绕流问题。结果表明:间隙比一定时,随着来流与圆柱中心线夹角的增大,双圆柱的平均阻力逐渐增大并趋于稳定,平均升力在达到极小值后又开始增大并逐渐趋于0;当间隙增大时,干涉现象逐渐消失,双圆柱绕流可近似看作两个单圆柱绕流。为双圆柱绕流问题的研究提供参考。     

牙轮钻头圆柱滚子轴承的凸度设计研究

基于对有限长线弹性接触问题数值解的一维简化处理,对比分析了迄今为止国内外采用较多的几种凸型圆柱滚子的接触情况,为牙轮钻头流动轴承圆柱滚子的凸度设计提供理论指导。     

凹端圆柱滚子轴承在牙轮钻头上的应用分析

国内现有牙轮钻头滚动轴承多采用短圆柱滚子轴承结构,滚子边缘处存在应力集中现象,使得轴承接触表面极易发生疲劳破坏,为提高牙轮钻头滚动轴承抗接触疲劳寿命,提出在牙轮钻头滚动轴承中采用凹端圆柱滚子的方案。利用有限元方法,分析普通圆柱滚子和凹端圆柱滚子在径向载荷作用下,滚子外圆柱面上的接触应力分布情况,并对凹端圆柱滚子结构参数(凹端深度及凹口直径)进行优化分析。与普通圆柱滚子相比,凹端圆柱滚子最大接触应力降低22.33%,其优化结构参数为凹端深度4.4 mm,凹口直径5 mm。结果表明,凹端圆柱滚子能有效克服普通圆柱滚子的两端应力集中现象,接触应力沿轴向分布均匀,最大接触应力明显减小,提高了滚动轴承的抗接触疲劳能力并延长其疲劳寿命。     

螺杆钻具推力轴承工作力学分析及结构改进

针对螺杆钻具向心推力球轴承寿命短的问题,分析了其载荷特性和服役情况,依据Hertz接触理论,利用有限元数值模拟技术建立了球轴承接触模型,计算了球轴承的应力情况。对承受轴向载荷的圆柱滚子轴承进行了有限元分析,结果表明,在同等条件下圆柱滚子轴承比球轴承的工作应力大幅降低。为此,建议组合使用球轴承和圆柱滚子轴承,以延长螺杆钻具推力轴承的使用寿命;建议螺杆钻具配套使用减振工具或优化BHA及钻井参数,通过减少轴向负载的波动量,延长轴承的疲劳寿命。     

淹没垂直圆柱垂荡问题的解析研究

利用匹配特征函数展开法进行了有限水深淹没垂直圆柱垂荡辐射问题的解析解,研究了淹没深度、相对厚度及水深对圆柱水动力系数的影响,结果表明,在大多数频率下,淹没圆柱的附加质量总是大于同样大小的漂浮圆柱,且在高频段近似为漂浮圆柱附加质量的两倍。当淹没深度较大时,圆柱附加质量趋向于常数,辐射阻尼趋向于零。圆柱厚度对水动力系数的影响较为复杂,在不同的频率范围内呈现不同的特征。当水深较浅时,淹没圆柱附加质量随着水深的增加而减小,辐射阻尼受水深的影响则始终不显著。     

具有内流圆管的动特性分析

通过建立圆管在内部流下的振动方程 ,导出了圆管在内部流下固有频率的解析表达式 ,并由此定义了内部流离心力折减影响系数 ,得出了管内流体离心力只有在高流速和管子刚度较小时才对固有频率产生显著影响 ,在低流速和管子刚度较大时可忽略流体离心力对固有频率的影响 ,只考虑流体惯性力的影响。管内流体离心力对低阶固有频率影响较大 ,只有在高流速和管子刚度较小时才会对高阶固有频率产生显著影响。所得结论 ,可供换热器等化工设备计算参考     

SPM5360TCGJ型碳纤维连续抽油杆作业车研制

针对当前碳纤维连续抽油杆作业车存在的结构布局不合理、夹持器的牙齿尖、夹持力大、易损碳纤维连续抽油杆等问题,研制SPM5360TCGJ型碳纤维连续抽油杆作业车。该车采用单车车载式结构,整车全液压控制,设计了专用动力滚筒、排杆机构、井口装置等装置,适用于圆形碳纤维连续抽油杆的各项作业。通过控制动力滚筒的正反转,实现杆体的收卷、释放。排杆机构与动力滚筒联动,滚筒旋转1圈,杆体导向机构移动1个导程(1个杆体直径距离),实现杆体在滚筒的有序多层排列。井口装置主要通过前后移动液压缸、左右移动液压缸实现快速对正井口。现场应用证明,该作业车结构紧凑,布局合理,作业灵活,不损伤碳纤维连续抽油杆,作业效率高。     

抽油杆缺陷容限和有缺陷杆使用应力确定

利用按有限元法得到的抽油杆平面模型、轴对称模型及三维光弹性试验结果，比较了仅因缺陷模型不同带来的差异，提出并建立了“模型比系数”，在三种缺陷模型值中进行抛物线插值，最后得到了杆体、杆体过渡段上不同周向长度（缺陷最深点周向连线长度）与纵向截面内不同轴向长度和径向深度的近半椭圆形状的三维凹坑的应力集中系数近似表达式，利用该表达式求得抽油杆在不同应力水平下的不同形状凹坑、凹槽缺陷的容限。提出了有缺陷杆的修复判废条件和使用应力的确定方法。     

用Paris公式处理含表面裂纹抽油杆疲劳断裂问题的研究

对使用公式处理含表面裂纹圆柱杆时（△K）的关系特征进行了分析，证明此式用于该类构件是合适的，并提出了相应材料常数C、m的一种确定方法。对不同应力强度因子系数在该方面的差异进行了讨论。为抽油杆柱疲劳断裂寿命分析的工程应用提供了依据。     

直线电机作为井下泵动力系统的设想

直线电机作为井下泵动力系统可以有效地提高抽油系统的效率,由于在系统中去掉了抽油杆,从而彻底解决了杆管磨损的难题。将圆筒型直线电机与井下泵组合成机电一体化产品的设想,使整个系统的结构变得简单而易于控制。分析了圆筒型直线电机的性能及其作为井下泵动力系统的优势和应用前景,提出了直线电机结构改进方向。根据现场实际情况对方案进行了计算论证,结果表明,直线电机作为井下泵动力系统项目研究将为石油矿场开发提供一项新的开采技术和方法。     

铰接式底盘车辆转向油缸的受力及参数计算

铰接式底盘车辆的转向角大、转向半径小、机动灵活,适应戈壁、沙漠油田恶劣的道路环境。转向油缸的布置方案关系到该车辆的转向性能。通过对铰接式底盘车转向系统的分析,推导出转向力矩的计算公式及油缸参数计算式,并通过对转向油缸运动轨迹的分析,给出油缸结构布置的优化方案。     

螺杆泵井抽油杆扶正器结构研究

根据螺杆泵井抽油杆柱受力和旋转运动规律,设计了抽油杆扶正器。该扶正器由扶正器杆体、承磨层、承磨圆筒、支撑件和接箍组成,将其安装在2根抽油杆之间,下入油井的油管内。工作时,旋转的扶正器杆体相当于轴承的转轴,不旋转的承磨圆筒相当于轴瓦,配用高寿命的耐磨材料,从而延长其使用寿命。支撑件不随扶正器旋转,液体流动通道位置固定,能够保持液体流动畅通。现场应用表明,这种扶正器结构简单,安装方便,能对抽油杆起到良好的扶正作用,可有效防止杆管偏磨。     

前置式气动平衡抽油机的气体参数和几何参数及工作特性

作者从理论上分析了气体参数和几何参数对前置式气动平衡抽油机工作特性的影响。计算曲柄轴净扭矩时,应当考虑气压的波动系数μ和气缸安装位置的偏置角τ_0。气压波动系数和抽油机的几何参数有关,气体的压缩比值e影响着气包和气缸时容积比值。合理地匹配e和τ_0值,可使前置式气动平衡抽油机具有较佳的工作特性。     

钻井柴油机缸套拆卸装置的研制

针对钻井柴油机缸套现场维修缺乏有效的配套专用工具,人工拔出缸套非常困难,现场工具存在结构隐患,施工中容易损坏发动机的相关部件而造成经济损失的问题,研制了钻井柴油机缸套拆卸装置。该装置用于现场拆卸大中型柴油机旧缸套,能明显改善现场就地维修条件,减轻工人的劳动强度,防止零部件损坏,缩短维修工作时间,提高工人操作安全系数、维修质量及工作效率,具有良好的经济效益和社会效益,是理想的大中型柴油机专用维修机具。