高温高压换热设备自紧密封结构设计与试验研究

根据高温高压换热设备的环境工况及要求,设计一种自紧式密封结构,克服常用流体静密封形式所存在的不足。该密封结构在常温时可保证合理的间隙,热态工作时利用不同材料具有不同热膨胀系数的特点,通过热膨胀实现自紧,从而达到良好的密封效果。从理论上分析密封结构的材料选择、公差和间隙值选取,通过有限元软件进行膨胀分析、应力分析和疲劳分析,验证了密封结构设计的合理性。对设计的自紧式密封结构进行密封性能试验,试验结果表明:密封结构通过热膨胀可以实现自紧,密封性能满足使用要求。     

高温高压封隔器胶筒密封结构设计

随着深井、超深井的开发，封隔器坐封后将长时间承受高温高压、腐蚀等极为复杂的工况。设计一种封隔器胶筒密封结构，该密封结构根据功能特性选取不同的材料，使封隔器能够满足井下高温高压等较为复杂的工况要求。根据实际的井下极端工况条件，对设计的封隔器进行坐封、密封测试，利用商用软件ABAQUS对胶筒在给定工况下的力学行为进行分析。结果表明：设计的封隔器能够在0.2 MN坐封力、204 ℃温度和70 MPa密封压力下稳定工作；在给定的70 MPa压差下，封隔器胶筒橡胶应力水平未达到材料的屈服点，能够保证封隔器的耐久性和可靠性；橡胶胶筒能够产生大于70 MPa压差的接触应力，保证封隔器能承受70 MPa压差。     

一种承压电缆转接法兰盘的密封结构

某管道电缆转接法兰盘要求能够承受管道内最高2 MPa的静压,并有效封堵其内部气体。为此,设计了双道O圈+电缆转接器+密封胶灌封的密封结构,并通过理论计算,精确控制连接螺栓拧紧力矩,使O形圈产生有效变形,以保证其密封性能。有限元仿真分析、水压测试及氦质谱检漏结果表明,该密封结构形式可满足法兰盘的力学和密封性能要求。     

动载条件下夹膜密封结构的计算分析

破片发生装置是目前防护科研领域能够模拟爆炸产生的破片与冲击波的室内大型实验设备之一,其夹膜密封结构的完善性和可靠性在一定程度上决定了设备的安全运行。该文阐明了该密封结构的设计特点与结构,进行了结构计算与分析,验证了其密封的可靠性。使用结果显示:夹膜密封结构是安全可靠的,能满足动载条件下高温高压密封要求。     

高温高压水介质轴承试验台设计与应用

针对高温高压水介质轴承试验台系统的设计和测试进行了探究，重点介绍了试验台系统的组成、各系统的配置等多模块化设计和联动功能。以核反应堆中控制棒驱动机构轴承为试验对象，在300℃、15 MPa高温高压条件下，利用该试验平台对水介质轴承进行40 h长寿命性能测试。通过对轴承性能和耐久性寿命的长期考核以及试验过程中的转速、扭矩、温度、压力等参数的监测，验证该试验平台的可靠性和稳定性满足设计要求。为我国国产化高温高压轴承的设计和稳定性提供了可靠的支撑和参考。     

新型组合式炮膛密封结构的接触有限元分析

采用非线性有限元分析方法对新型组合式炮膛密封结构的橡胶密封圈和各密封元件之间的接触应力和变形进行了分析.通过分析橡胶密封结构的材料本构关系和非线性工作状态建立了模型,利用ABAQUS非线性有限元分析软件对模型进行了求解,得到了在高温高压火药气体作用下密封结构的静态变形和接触应力分布.结果表明,该新型组合式密封结构可以满足280 MPa高压火药气体的密封要求.     

一种新型石油管材高温高压三点弯压力釜设计

为模拟油井管及接头在深井中受到的高温、高压、拉伸/压缩等复杂工况,设计了一种新型石油管材高温高压三点弯压力釜装置。提出了依据爆破压力设计关键尺寸,再通过有限元法进行强度校核的设计模式。创新设计了釜体端部密封结构及三点弯导杆密封结构。对新设计的高温高压三点弯压力釜进行了油井管三点弯试验。试验结果表明:新型高温高压三点弯压力釜强度、刚度符合设计及使用要求,密封可靠,三点弯机构满足试验需求。得到结论:该设计有效地解决了高温高压环境石油管材施加弯曲载荷的难题。     

高温高压热水循环泵的设计与试验研究

通过对高温高压热水循环泵叶片结构的优化和对密封系统和冷却系统的创新设计,研制了一种新型的高温高压热水循环泵,提高了泵的工作效率和汽蚀性能。对该泵的相关水力性能进行试验研究,结果表明:设计工况下的效率高达82%,汽蚀余量为4.5m;且在进口水压p=6.4MPa,温度T=280℃的高温高压的条件下,无热水泄漏,密封使用寿命长(≥20000 h),具有良好的密封效果,有效地解决了传统密封高温高压工况下泄漏严重、使用寿命短的问题。     

承受径向力液压缸的密封设计

通过对承受径向力液压缸的特点进行分析,给出了该类型液压缸密封结构的设计计算方法,提出了密封结构和密封件选型方案,并通过某支腿液压缸径向力测试试验,验证了设计的正确性,结果表明密封结构满足大径向力的使用要求。     

高温高压离心式煤浆泵的设计方案

煤制油项目中加氢循环泵输送的介质为固态、气态、液态并存,温度为455～482℃,进口压力最高达21MPa.针对这一工况设计了高温高压离心式煤浆泵.该泵选用了镍哈特合金材料,采用了双吸叶轮,双壳体结构,使用专用热屏冷却结构,三级机械密封和浮动密封.     

温度仪表的选型与应用

温度仪表是工业生产过程中温度测量的重要仪表,主要有热电阻、热电偶、工业双金属温度计和温度变送器等几大类。本文主要介绍了热电阻和热电偶的精度、测量范围、和产品结构,详细介绍了不同部件的功能、不同类型保护管的适用工况、法兰安装时压力等级规格选定的注意事项,使用户能更好地完成选型,确保订货的正确性。     

Preparation of W-Ta thin-film thermocouple on diamond anvil cell for in-situ temperature measurement under high pressure

In this paper, a W-Ta thin-film thermocouple has been integrated on a diamond anvil cell by thin-film deposition and photolithography methods. The thermocouple was calibrated and its thermal electromotive force was studied under high pressure. The results indicate that the thermal electromotive force of the thermocouple exhibits a linear relationship with temperature and is not associated with pressure. The resistivity measurement of ZnS powders under high pressure at different temperatures shows that the phase transition pressure decreases as the temperature increases.     

高温高压大尺寸管道多相流腐蚀试验装置的研发

石油石化行业的输送管道中往往存在着单相流或多相流腐蚀。本研究针对这种情况,设计研发了符合实际工况的高温高压大尺寸管道多相流腐蚀试验装置。本装置可模拟的试验温度最高为140℃,最高压力为10 MPa,并具备单相流及多相流的试验能力,拥有完整的对管道内腐蚀参数的监测能力及流场的观测计算能力,装置的能耗水平较低。     

膜片式微型F-P腔光纤压力传感器

为满足工业和生物医学领域对微型化传感器的需求,实验研究了基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪原理的膜片式微型光纤压力传感器的制作工艺.在单模光纤端面上直接熔接外径约175 μm的毛细石英管,在石英管的另一端制作敏感膜片,从而使光纤端面与膜片内表面之间形成F-P干涉腔.采用电弧熔接、切割、腐蚀膜片等方法制作了石英膜片式压力传感器,该传感器在0～3.1 MPa内F-P腔的腔长变化灵敏度为41.09 nm/MPa,压强测量分辨率为681 Pa,并具有很小的温度敏感系数.在30～140 ℃,温度交差敏感＜1.07 kPa/℃.为了克服石英膜片减薄困难的缺点,选用聚合物材料(PSQ)作为压力敏感膜片制作了F-P传感器.室温下在0.1～2.1 MPa,PSQ膜片的F-P腔长变化灵敏度达到1 886.85 nm/MPa,压强测量分辨率达到53 Pa,十分接近人类或其他动物的体内压强测量水平.     

管路体积模量对液压支架立柱缸动态特性的影响

大采高液压支架的供液管路的工作压力为23~32.5 MPa,通流直径为38~60 mm,管路长度约1000~1500 m,管路体积模量使供液管路具有压力明显、流量响应滞后现象,导致液压支架系统速度、位移动态响应差。以液压支架大通径高压供液管路为试验对象,当压力为5~25 MPa时,管路体积模量值1300 MPa,依据公式得到胶管体积模量约为恒定值2700 MPa,与乳化液体积模量接近。建立了AMESim管路模型和液压支架系统模型。仿真结果表明,供液管路体积模量越小,立柱位移、速度和压力响应越慢;当管路体积模量为1300 MPa时,立柱位移、速度和压力响应时间分别为0.1 s, 0.2 s, 0.05 s,立柱缸响应滞后较明显。     

基于生物组织体内温度测量的微型点温仪设计

生物组织体内部温度测量是研究组织热损伤的关键技术,本文介绍一种基于微型热电偶的联机测温系统,该系统采用集成温度传感器AD590和数值计算进行热电偶冷端温度补偿,同时进行软件非线性校正,实现温度的采集、处理、显示和存储,便于温度实时监测、数据回放和分析。温度传感器采用K型铠装热电偶(ф0.5mm),测温范围为0-600℃,响应时间<0.3s,AD590灵敏度为1μA/K。采样频率可调,实验时采用10Hz的采样频率,实验结果显示在26-98℃范围内误差绝对值<0.7℃。该电路无需精确的线性和增益调节、结构简单、调节方便,适合于瞬间和长期温度跟踪,具有较高的稳定性和测量精度,是一种实用的温度跟踪、分析和联机系统。     

膜片式微型F-P腔光纤压力传感器研究

对基于Fabry-Perot（F-P）干涉仪原理的膜片式微型光纤压力传感器的制作工艺进行了实验研究。在单模光纤端面上直接熔接外径约175μm的毛细石英管,在石英管的另一端制作敏感膜片,从而在光纤端面与膜片内表面之间形成F-P干涉腔。首先采用电弧熔接、切割、腐蚀膜片的方法制作了石英膜片式压力传感器,该传感器在0-3.1MPa压强范围内F-P腔的腔长变化灵敏度为41.09nm/MPa,压强测量分辨率681Pa,并具有很小的温度敏感系数。在30-140℃的温度范围内,温度交差敏感小于1.07KPa/℃。为了克服石英膜片减薄困难的缺点,选用聚合物材料（PSQ）作为压力敏感膜片制作了F-P传感器,室温下在0.1-2.1MPa压强范围内PSQ膜片的F-P腔长变化灵敏度达到 1 886.85nm/MPa,压强测量分辨率达到53Pa。     

输气管道严密性水试压稳压时间研究

建立了考虑管道弹性变形和含有一定量气体时输气管道严密性水试压稳压时间计算的数学模型。利用该模型对某一段西气东输管线进行了计算。结果表明:对于相同压降,管内含气量越多,管容越大,所需稳压时间越长;当管内含气量较少时,所需稳压时间随试压压力的增加而增加,当含气量较多时,试压压力在4~10 MPa时,管道压力对所需稳压时间影响不大。研究成果为管道严密性水试压稳压时间的确定,以及强度试压和严密性试压不能合并提供了理论依据。     

基于脉冲激光负阶跃响应的高速热电偶 时间常数测量方法

热电偶的时间常数是表征其动态特性的关键参数,利用激光激励获得温度阶跃是测量高速热电偶时间常数的主要手段。本文对比分析了正、负阶跃激光激励时的热电偶传热过程,指出负阶跃过程更符合时间常数测量的基本理论。通过建立阶跃调制激光和脉冲调制激光的负阶跃过程中热电偶的响应模型并计算,表明脉冲激光激励可有效解决阶跃调制激光测试结果偏慢的问题。通过搭建实验系统,相同条件下测得时间常数分别为73.78和41.34 ms,脉冲激光测试更能体现热电偶的极限测温速度。实验结果还表明不同脉冲能量对时间常数测量结果基本没影响,更小尺寸热电偶响应速度更快,强制对流环境对热电偶时间常数测量结果影响巨大。     

高压容器泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应研究

压缩天然气的海上运输技术由于其经济效益而即将走向商业化。在运输船上的压强高达25 MPa的压力容器是其设计的重点。破前漏准则是维护压力容器完整性的一个重要方法。然而,在压力容器泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应所导致的裂纹周围金属温度的降温可能会影响到破前漏准则的有效性。对在压力容器的泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应做了相关的试验研究。因氩气不易燃烧且具有与甲烷相似的焦耳-汤姆逊系数而被选作试验气体。设计一个全新的用于压力容器泄漏试验的焦耳-汤姆逊测试系统。根据美国机械工程师学会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)锅炉和压力容器规范设计和加工一个试验用的压力容器。采用液氮断裂方法在一块测试板上制作一个与自然裂纹相似的贯穿裂纹。在30℃的环境温度和9.1 MPa的最大内部压强下,测试板外表面沿裂纹方向测得的最低温度是12.5℃,沿裂纹对角线方向测得的最低温度是7.9℃,裂纹出口处得到的氩气的温度是-9.2℃;测试板内表面沿裂纹方向测得的最低温度是15℃,容器内部裂纹附近测得的氩气的温度是-7.1℃。试验结果表明,在整个测试过程中,测试板内外表面的温度沿裂纹不同方向的变化趋势基本上一致。