牙轮钻头用新型单金属浮动密封研究

通过建立新型单金属浮动密封有限元模型,对比分析了不同结构的支撑橡胶环和容槽对密封面接触压力大小和分布的影响,分析结果说明改进支撑橡胶环和容槽结构参数对提高密封性能作用显著;采用宽端外径大于窄端外径的静环,对增加动密封接触面积、降低接触压力、改善动密封面接触力分布作用明显。最后指出在静环密封面上开出参数适合的斜面能有效改善动密封面接触压力的分布状态,不但使接触压力分布更为均匀,而且能使最大接触压力出现在润滑脂一侧,有效地降低动密封面的磨损。     

过油管防喷器密封胶心结构分析与优化

过油管防喷器依靠环形密封胶心实现油田带压起下管柱时的井口防喷控制。利用Solid-works软件建立模型,对其在不同控制压力下的接触压力进行计算,说明胶心对常规油管进行动密封时,圆柱面中间区域是主要密封"工作面",上端面边棱位置应力严重集中且易破坏。以此为基本事件,借助有限元软件优化模块,建立优化目标,完成了胶心尺寸优化,获得最佳长径比为1.7。改型胶心密封性能得到加强,寿命得以延长,对提高油田防喷控制效率有重要意义。     

特殊螺纹接头密封可靠性数值分析

在实际加工中,金属对金属密封结构的特殊螺纹接头的参数是变化的,金属密封面上接触压力也是变化的。利用有限元概率分析功能建立了研究密封面上接触压力分布的方法,分析了特殊接头在锥度、密封直径、载荷等多个参数在随机变化条件下的密封面接触压力的分布规律,计算了密封可靠性。结果表明,不合适的螺纹参数匹配将导致密封面在拉伸载荷作用下失去密封能力。使用该特殊螺纹接头可靠性分析方法有助于优化螺纹密封结构与参数加工公差设计,进行管柱的可靠性设计与剩余寿命评估,提高接头的密封可靠性。     

响应面考察工艺条件对正丁烷芳构化的影响

采用等体积浸渍法制备一系列Zn/ZSM-5催化剂,在固定床微型反应器上进行正丁烷芳构化反应,以苯、甲苯、二甲苯(BTX)的收率为考察目标。通过XRD,AAS,NH_3-TPD等表征方法,探究Zn金属改性对催化剂物化性质的影响。分别考察了反应温度,气态空速(GHSV)和金属负载量对BTX收率的影响,确定响应面法中三变量的考察范围;利用响应面分析法建立三变量与BTX收率之间的Box-Behnken数学模型,确定三变量与BTX收率之间的数学回归方程。实验结果表明,在考察的自变量范围内,采用响应面法建立三因素与BTX收率之间的Box-Behnken数学模型,得到GHSV、金属负载量、反应温度对BTX收率影响显著性顺序,BTX收率的实验值与回归方程计算的预测值具有较好的相关性。     

特殊螺纹接头主要参数对密封性能的影响分析

对于金属-金属密封结构的特殊螺纹接头,保证接头的密封可靠性非常重要。应用有限元方法分析了连接螺纹的锥度配合、中径及密封直径的过盈量对特殊接头密封性能的影响,结果表明,三者对接头密封面接触压力影响很大,其中内、外螺纹的锥度配合对密封面接触压力的数值影响最大,密封面直径过盈量影响次之;在内螺纹锥度较大时,螺纹中径过盈量对密封面接触压力的数值影响较大;不合适的螺纹参数匹配将导致密封面在拉伸载荷作用下失去密封能力。研究结果有助于优化特殊螺纹接头结构设计和加工控制,为现场检测判断接头的适用性提供技术依据。     

水下湿式电连接器密封组件密封性能模拟与分析

利用ANSYS有限元软件建立了水下湿式电连接器橡胶密封组件在工作工况下(最大水深500 m,往复插拔运动)的二维有限元简化模型,模拟分析了不同表面摩擦系数、不同径向压缩量及动静密封状态下密封区域的接触应力分布情况,分别利用经验公式法和雷诺方程分析法计算了泄漏量,对密封组件密封性能进行了定量分析。结果表明:密封区域的接触应力随表面摩擦系数增大而增大,但当表面摩擦系数为0.20时密封区域局部失效;不同径向压缩量情况下瞬时动密封的接触应力均高于静态密封的接触应力;密封组件径向压缩量增大,接触应力也随之增大,但当径向压缩量为1.0 mm时密封区域局部失效。经验公式法和雷诺方程分析法计算的泄漏量均小于规范的最大泄漏量标尺,表明水下湿式电连接器密封组件具有良好的密封性能,但经验公式法比雷诺方程计算的结果相对偏小,主要原因是雷诺方程计算侧重的是接触面的湿摩擦,而经验公式侧重的是接触面的干摩擦。本文研究结果对水下湿式电连接器密封结构设计和相关参数选取有一定的指导意义。     

水下湿式电连接器密封组件密封性能模拟与分析

利用ANSYS有限元软件建立了水下湿式电连接器橡胶密封组件在工作工况下(最大水深500m,往复插拔运动)的二维有限元简化模型,模拟分析了不同表面摩擦系数、不同径向压缩量及动静密封状态下密封区域的接触应力分布情况,分别利用经验公式法和雷诺方程分析法计算了泄漏量,对密封组件密封性能进行了定量分析。结果表明:密封区域的接触应力随表面摩擦系数增大而增大,但当表面摩擦系数为0.20时密封区域局部失效;不同径向压缩量情况下瞬时动密封的接触应力均高于静态密封的接触应力;密封组件径向压缩量增大,接触应力也随之增大,但当径向压缩量为1.0mm时密封区域局部失效。经验公式法和雷诺方程分析法计算的泄漏量均小于规范的最大泄漏量标尺,表明水下湿式电连接器密封组件具有良好的密封性能,但经验公式法比雷诺方程计算的结果相对偏小,主要原因是雷诺方程计算侧重的是接触面的湿摩擦,而经验公式侧重的是接触面的干摩擦。本文研究结果对水下湿式电连接器密封结构设计和相关参数选取有一定的指导意义。     

油井管接头密封方法及机理综述

高温高压天然气井的管柱密封性至今无法完全保障。油井管最常用的四种密封方法是螺纹密封、台肩密封、弹性密封环密封和金属接触密封。大部分特殊螺纹接头采用金属接触密封,密封面接触压力决定了密封能力。正确的金属接触密封会显示出一种压力激发效应。将密封面设计在远离螺纹端部的位置,螺纹端部刚性增强了密封接触力。金属接触密封的泄漏概率为10^-2,泄漏速度取决于密封面的接触应力宽度、粗糙度、损伤程度、密封脂、涂层等。特殊螺纹接头在振动后,即使产生疲劳裂纹,也不发生泄漏。一些接头台肩刻槽后作密封性试验,结果发生泄漏。很多气井管柱扭矩台肩发生了腐蚀,证明金属接触密封存在泄漏通道,即扭矩台肩起密封作用。接触压应力设计法无法完全解决特殊螺纹接头的密封问题,发展全新的设计理论和制造技术,是保障特殊螺纹接头密封性的重要发展方向。     

响应面法优化固定化微生物降解石油污染物

从炼油厂活性污泥中筛选和驯化了1株石油降解菌SJ-1,以秸秆材料WT为固定化载体,采用表面吸附法制备固定化微生物;以胜利原油为反应底物,考察了温度、微生物接种量、原油质量浓度、pH值对原油降解率的影响;采用响应面法优化了降解条件,并在优化条件下进行了降解动力学实验。结果表明,单因素对降解率的影响程度从大到小的顺序为温度、pH值、原油质量浓度、接种量,其中pH值和原油质量浓度、原油质量浓度和温度的交互影响对原油降解率影响较显著;根据响应面模型计算得到的最佳降解条件为pH值7.0、原油质量浓度5000 mg/L、温度34℃、接种量46 g/L,此时原油降解率最高达68.3%;固定化微生物和游离微生物降解过程均符合一级动力学,且前者的降解速率是后者的3.67倍。     

牙轮钻头单金属浮动密封结构的密封机理

在牙轮钻头中成功应用单金属浮动金属密封结构的关键在于控制密封端面之间的接触压力。应用当今最先进的非线性有限元分析软件Msc Marc ,结合单金属浮动金属密封结构的装配过程对其密封机理进行了有限元分析。通过对装配和工作过程中密封面的接触应力分布以及关键部位的应力变化的分析 ,提出实际应用中应注意的问题 ,并探讨了结构形式、设计参数、材料、润滑脂对密封能力的影响 ,为国内钻头厂家掌握单金属浮动密封结构的设计开发技术提供一定的借鉴和帮助。     

地下储气库特殊螺纹套管接头密封性分析

以目前国内枯竭油气藏型地下储气库使用的特殊螺纹套管接头为研究对象,利用弹塑性有限元方法,首次建立了地下储气库运行工况下特殊螺纹接头连接的有限元数值模型,分析了不同注采工况下套管接头连接的VonMises等效应力和接触压力分布特点,并对特殊螺纹接头密封面、台肩面及螺纹面的密封性能等进行了评价分析。研究结果表明,地下储气库注气工况下套管接头的泄漏概率要大于采气工况,目前使用的特殊螺纹接头连接基本可以满足储气库安全运行需要;而对于特殊螺纹接头本身,主密封面和台肩面局部出现塑性变形,且接触压力大,是易发生泄漏的部位。     

牙轮钻头单金属浮动密封结构的密封机理

在牙轮钻头中成功应用单金属浮动金属密封结构的关键在于控制密封端面之间的接触压力。应用当今最先进的非线性有限元分析软件Msc.Marc，结合单金属浮动金属密封结构的装配过程对其密封机理进行了有限元分析。通过对装配和工作过程中密封面的接触应力分布以及关键部位的应力变化的分析，提出实际应用中应注意的问题，并探讨了结构形式、设计参数、材料、润滑脂对密封能力的影响，为国内钻头厂家掌握单金属浮动密封结构的设计开发技术提供一定的借鉴和帮助。     

锥面球面密封结构特殊螺纹有限元分析

考虑丛式井多级压裂过程中,套损、螺纹泄漏现象严重,利用ANSYS软件建立锥面-球面特殊螺纹模型,研究了内压一定时,不同轴向力下特殊螺纹接头等效应力变化规律和密封面、台肩面接触压力随接触长度变化规律。结果表明,拉伸载荷过大,接箍密封端第一扣完整螺纹牙附近为危险断裂面,螺纹两端粘扣严重。密封面、台肩面接触压力随拉伸载荷增大而减小,但只要拉伸载荷在600 MPa内,密封面接触长度并不会随拉伸载荷增大持续减小。压缩载荷使特殊螺纹密封面、台肩面接触压力、接触长度增加,但同时也会让特殊螺纹接头应力增加,对螺纹连接不利。     

合成釜机械密封泄漏原因分析及改造措施

某催化剂生产装置中关键设备催化剂合成釜的传动部分为单支点机架、单端面机械密封。由于机械密封处摆动量大,造成釜内介质TiCl4微量泄漏,分解成固体颗粒和盐酸,动环因此腐蚀磨损严重,导致机械密封处产生严重泄漏。后改为带轴承双端面机械密封配无支点机架,要求轴系做静平衡试验,更换了动、静环材料,较好地解决了机械密封泄漏问题。     

溶胀对螺杆泵定转子过盈量的影响分析

常规采油螺杆泵在井下环境中,定子橡胶因溶胀会产生不均匀变形,这是设计定转子不可忽略的影响因素。为了分析不同头数定转子的溶胀变形规律及溶胀率和过盈量间的合理配合关系,定子橡胶材料选用Mooney-Rivlin模型,转子处理成刚体,建立了两头、三头、四头和五头螺杆泵定转子刚柔接触有限元模型。根据溶胀与温胀定子变形的相似特点,采用温度比拟法模拟溶胀,研究了定子溶胀变形规律及溶胀对接触压力的影响。研究结果表明:考虑密封要求,当溶胀率小于2.5%时,设计的过盈量应为正值,齿凹处接触压力较大;溶胀率大于2.5%时,设计的过盈量应为负值,齿凸处接触压力较大;当定子头数较多时,溶胀变形量小且齿凹处的接触压力小,对溶胀的适应性强;国内常用的定子橡胶在井下的溶胀率为3.0%~5.0%,过盈量应取负值。在现场应用中,可根据试验测定的定子橡胶溶胀率,对应找到合理的配合过盈量,这对定转子初始过盈量的设计具有很好的指导意义。     

基于摩擦因数的封隔器胶筒优化设计

为了进一步明确双胶筒封隔器的工作原理,避免胶筒发生破裂,对封隔器胶筒进行了优化设计。设计中,采用Mooney-Rivlin橡胶材料模型,建立了相应的数值模型,实现了双胶筒封隔器密封状态数值仿真。采用正交试验方法研究了胶筒及周围部件摩擦因数对胶筒最大接触压力的影响规律。研究结果指出,胶筒径向摩擦因数对其接触压力影响较大;减小胶筒摩擦因数或增加支撑环摩擦因数有利于使双胶筒同时形成密封,并且能增大最大接触压力作用范围,但在一定程度上会减小胶筒接触压力。现场试验结果表明,减小胶筒表面摩擦因数可有效避免单个胶筒因接触压力过大而导致破裂的问题。研究结果对封隔器优化设计具有重要的参考价值。     

微观泄漏机理在非API套管接头密封性能评估中的应用

将微观泄漏机理引入非API套管接头密封性能研究,旨在建立表面粗糙度和密封结构加工参数与微观气体泄漏率之间的函数映射关系。通过Monte Carlo随机正态分布抽样公式结合密封表面粗糙度加工参数,模拟得到服从正态分布和预设表面粗糙度值的粗糙表面轮廓曲线,依据不同样本容量和表面粗糙度下平均峰角、平均峰高和三角峰数目/样本容量等轮廓曲线形貌特征统计数据,分析得到模拟曲线几何共性特征。结合弹塑性力学接触理论和计算得到的粗糙表面几何形貌参数,建立具有几何共性特征的高硬度管体层锥体压入低硬度软金属镀层平面简化泄漏模型,将气体泄漏看作不可压缩稳定层流,推导出含有密封面微观几何形貌特征（平均峰角和平均峰高）的气泄漏率计算公式。将与套管接头主密封结构重要加工参数相关的总密封预紧压力代入微观气体泄漏率计算公式,得到适用于非API套管接头密封性能定量评估计算方法。泄漏率实例计算结果表明,不同表面粗糙度对应气体泄漏率相差一个数量级,且加工精度等级越高相差越明显。非API套管接头密封设计和性能评估必须考虑金属机加工表面粗糙度。     

凝缩油泵波纹管串联式机械密封失效解析及改造

某石化公司催化裂化装置为减少凝缩油泵机械密封泄漏的发生,进行了机械密封系统改造。将金属波纹管单端面密封改为串联式机械密封,在实际运行中频繁出现泄漏,现场检查发现主密封的凝缩油介质只有微量泄漏,而副密封的隔离液泄漏较多。通过改变大气侧外密封材质,改进密封结构及其附件,更换隔离液,改变操作条件等措施,解决了密封失效的问题,使金属波纹管密封得以长周期安全平稳运行。     

芯轴式套管悬挂器金属密封设计及性能分析

为了避免芯轴式套管悬挂器密封失效,根据芯轴式套管悬挂器的结构及密封工作原理,设计了一种新型的金属密封结构。建立了芯轴式悬挂器密封性能有限元模型,研究了不同顶丝压力和套管悬重对密封锥面变形及接触压力的影响。结果表明：随顶丝推力的增加,上、下密封锥面上平均接触压力都增加,有利于实现密封;随套管悬重的增加,上密封锥平均接触压力增加,下密封锥平均接触压力减小,除下内锥面外,均能满足密封要求。研究结果可为芯轴式悬挂器密封部位的结构设计提供参考。     

压裂泵往复密封性能及机理研究

根据流体动压润滑理论，对压裂泵柱塞密封摩擦副的润滑机理进行了理论分析。在排出和吸入行程，柱塞密封摩擦副均能满足流体动压润滑的条件，即在柱塞与密封界面上能形成并保持一定厚度的油膜润滑密封，从而达到减小摩擦提高寿命的目的；建立了摩擦界面油膜厚度和泄漏量的计算公式。利用有限元法理论，对密封圈的压力沿轴向的分布规律、泄漏量与压力变化关系进行了模拟计算。对往复密封圈沿轴向压力分布、泄漏量随压力变化进行了测试；试验结果表明，建立的计算模型具有较高的计算精度，揭示了压裂泵的密封机理。