扬矿球铰接头的螺纹滑脱及脂密封性能分析

借鉴国内外深海采矿扬矿管接头,结合其作业环境设计了一种球铰接头,使扬矿系统不受弯矩和扭矩,相当于柔性管。采用能量损失法分析了螺纹脂密封性能,并用有限元法分析了螺纹的滑脱失效。分析结果表明,在中试系统矿浆流速下,深海采矿扬矿系统球铰接头部分螺纹机加工产生的自然通道螺纹脂有良好的密封性能。减小扬矿管系统承受的拉力,增大螺纹间的摩擦和螺纹间啮合齿数,可减小扬矿管接头滑脱的可能性,从而提高系统作业的可行性和安全性。     

石油套管特殊接头螺纹参数与密封性能的关系

随着我国钻井深度的增加和海上油田的开发,特殊螺纹接头的需要量越来越多,引起了油管制造企业加大了对油管的重视程度和研究力度。文章以锥面/锥面、柱面/球面两种密封结构的特殊螺纹接箍为研究对象,分析其在上扣及拉伸工况下主密封面和台肩的接触压力受主要螺纹参数的影响及分布规律。有限元计算结果表明:两种密封结构特殊螺纹接箍的台肩接触压力受螺距偏差、锥度偏差的影响较为敏感,密封面接触压力则受中径偏差、锥度偏差的影响较大。总之,锥面/锥面结构套管接箍的台肩接触压力在上扣工况下受到偏差影响较小,柱面/球面结构套管接头的密封面接触压力比锥面/锥面结构更少受螺纹偏差影响。     

特殊螺纹油管接头重复上卸扣后的密封性能研究

ISO 13679规定特殊螺纹油管的气密封试验需要在9次上卸扣后进行,且特殊螺纹接头的上扣性能直接影响到其服役时的密封性能与连接强度。为探索有限元方法动态模拟多次上卸扣试验的可行性,建立了某锥面-锥面密封型特殊螺纹油管接头上卸扣的有限元模型,对该接头进行了9次上卸扣的全过程模拟,仿真分析了该接头的密封性能,并进行了实物试验验证。研究结果表明：特殊螺纹接头的气密封性能随着上卸扣次数的增加而降低,最终其密封指数降低为第1次上扣时的73%;密封面处的塑性应变是影响接头密封性能的重要原因;随着上扣次数的增加,特殊螺纹接头的密封接触长度呈现先减小后增大的趋势;在上卸扣过程中密封面过盈量的变化较为显著。通过与实物试验的对比,验证了该方法的可行性与准确性,为深入了解上卸扣试验对接头密封性能的影响提供了有效方法。     

特殊螺纹接头双主密封结构密封性能分析

针对油气井日益苛刻的环境,基于特殊螺纹密封机制,提出一种由锥面对锥面和柱面对球面组合的双主密封螺纹接头结构。采用有限元法对比分析双主密封、锥面对锥面密封、柱面对球面密封3种主密封结构在上扣、拉伸、压缩、拉伸和内压、拉伸和内外压5种工况下,密封面接触应力、接触长度的变化情况,得到3种主密封结构的密封能力随载荷的变化规律。分析结果表明,与单主密封接头相比,该双主密封接头在不同载荷下锥面和柱面上的接触应力分布更均匀,接触长度更长且接触应力峰值更小。全尺寸试验结果表明,该双主密封接头的密封性能达到了使用要求。     

温度载荷对特殊螺纹油管接头密封性能的影响

为分析高温、高压及轴向力复合作用对特殊螺纹油管接头密封性能的影响,在考虑螺纹升角的情况下采用SolidWorks建立接头三维有限元模型,在有效模拟接头上扣的基础上,分析轴向力与内压共同作用下不同温度对接头密封面和台肩完整性的影响.结果表明:复合载荷作用下,随着温度升高,密封面和台肩Mises应力增大,密封面接触压力减小,台肩接触压力持续增大.复合载荷作用下接头密封面接触良好且未发生塑性变形,同时台肩对接头起到良好的辅助密封作用.     

基于ISO 13679 B系试验载荷的特殊螺纹接头密封性能研究

为评估特殊螺纹接头的密封性能,充分考虑螺纹升角对特殊螺纹接头性能的影响,借助ABAQUS有限元软件建立某特殊螺纹接头的三维有限元模型,仿真分析ISO 13679标准B系载荷包络线加载路径下,该特殊螺纹接头密封面上的Von Mises应力及接触压力分布。结果表明:弯曲载荷对接头应力分布及接触压力分布状态影响较大;特殊螺纹接头密封面上的Von Mises应力及接触压力分布趋势一致,均为在受拉一侧Von Mises应力及接触压力数值较小,受压一侧Von Mises应力及接触压力数值较大;接头受拉一侧密封面上的接触压力随着轴向压缩载荷的增大而减小,特殊螺纹接头可能会发生密封失效。     

不同载荷作用下特殊螺纹油管接头密封性分析

为了解井下复合载荷工况下特殊螺纹接头的接触压力分布规律,为油管接头选用及改进设计提供依据,以某特殊螺纹接头为例,借助ANSYS有限元软件进行了内压、轴向力及复合载荷作用下接头的接触压力分析。结果表明:轴向拉伸使油管从接箍中向外滑动,密封面最大接触压力有所降低,但只要拉力在一定范围内,密封面有足够的接触压力,就不会影响接头的密封性能;密封面最大接触压力随内压的增大而增加;轴向拉力与内压复合作用时,扭矩台肩最大接触压力有所减小,而主密封面最大接触压力增加。     

油管特殊螺纹接头密封及安全综合性能评价

为研究井下复杂工况对油管特殊螺纹接头的影响,利用Abaqus有限元软件建立螺纹接头有限元模型,在一定径向和轴向过盈量下模拟初始螺纹上扣状态,在不同轴向载荷、内压和温度下分析油管特殊螺纹整体结构完整性以及密封性能,并提出整体密封、局部密封性能指数以及综合安全性能评价方法。结果表明：在不同工况条件下特殊螺纹接头Mises应力和接触压力呈现凹型分布趋势,首尾以及最后一扣退刀槽位置是应力相对集中的薄弱部位;温差增大导致接头结构热胀冷缩变形应力水平有明显提高,内压以及轴向载荷增加使整体密封性能有所提高但台肩局部密封性能存在差异;接头使用螺纹脂提高了螺纹接头整体及局部的密封和安全性能;内压越大温度越高接头安全性越低;螺纹在拉伸载荷工况下整体安全性能有所提高,但局部台肩结合处出现分离致使安全性有所下降;在压缩工况条件下螺纹整体安全性有所上升,但受螺纹结构与抗压缩性能影响,超过一定载荷安全性能反而下降。     

油套管特殊螺纹密封性能数值仿真研究

油套管特殊螺纹主要通过金属对金属的径向过盈主密封结构保证油套管连接的气密封性能。针对特殊螺纹密封性能开展数值模拟评价研究,并提出优化特殊螺纹气密封结构的方法。首先建立了特殊螺纹锥面对锥面密封结构的数值仿真模型,研究了等锥面密封结构和非等锥面的密封面上接触应力分布关系,研究发现,若采用非等锥线性密封结构的密封接头,能够有效改善特殊螺纹密封面上接触不协调现象,改善密封面上接触应力的分布;其次,建立了特殊螺纹球面对锥面密封结构的数值仿真模型,引入密封接触能理论,研究了不同椭圆度下的球面密封结构密封面上接触应力分布关系,并给出特殊螺纹球面密封椭圆度的最佳取值范围。研究结果可以为提高特殊螺纹抗泄漏能力提供理论依据,为特殊螺纹密封结构的研发提供思路借鉴。     

特殊螺纹接头主密封优化研究

以特殊螺纹接头为研究对象,采用有限元分析的方法,分析常规锥面/锥面密封结构、变锥面密封结构以及逆向台肩3种结构主密封面上接触压力分布规律,并在此基础上提出一种改进型密封结构。有限元分析结果表明:锥面/锥面密封结构主密封面上接触压力分布不均,有效接触长度很短;变锥面密封结构和逆向台肩能够在一定程度上改善接触压力分布,但密封结构参数对接触压力分布影响很大;改进型密封结构综合了上述结构的优点,主密封面上接触压力呈现U型分布,并且在拉伸载荷作用下有着更高的稳定性。     

深海采矿提升系统研究综述

将粗颗粒矿物从数千米的海底提升到水面是深海采矿需要解决的一个关键技术难题。以深海矿产的商业开采为背景,从技术原理的角度对当前几种典型的深海采矿提升系统进行研究,根据深海矿物商业开采的高产能高效率要求,从提升系统的工作机理、结构方案、输送能力、系统效率及实施可行性等方面进行剖析,结果表明,机械式提升系统能量利用率高,但存在作业过程中缆绳可能发生缠绕,实现商业开采产能尚有难度;气力提升系统结构简单,但系统效率低且需采用大直径的提升管道,会增加管道布放回收及整个采矿系统运行的成本和难度;综合对比各方面,对于高扬程大产能的深海矿物提升而言,离心泵水力管道提升是一种综合性较优的提升方案。     

粗颗粒海底矿石浆体提升电泵研究

基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,提出了适用于深海采矿的粗颗粒高扬程提升电泵的优化设计方法,该方法由泵结构参数的优化设计、流动分析、特性预测和反求修正设计四部分构成。应用该方法进行了我国深海多金属结核采矿海试系统八级提升电泵的优化设计、流动分析与特性预测,将该八级提升电泵仿真模拟结果与我国研制的首台两级提升电泵实验结果进行对比,表明该泵能获得较好的工作特性指标,满足多金属结核采矿海试系统的要求,其单级扬程和效率有较大的提高,说明该优化设计方法是合理可行的。     

虚拟样机技术在深海采矿系统研发中的应用

简要介绍了虚拟样机技术的概念及常用软件，指出我国深海采矿系统的开发应大力采用虚拟样机技术，并介绍了利用虚拟样机技术进行深海采矿系统开发的基本过程和取得的进展。     

深海采矿的扬矿测控系统

采用SIMATIC公司的SIMATIC PC、SIMATIC PCS7系列、PROFIBUS—DP现场总线组成海上扬矿硬管测控系统监控站、主站和从站，联网通讯距离可达15公里，可解决主站与深海6000m的从站之间的通讯问题。     

多机器人联合吊运系统可行域分析

针对多机器人协同吊运某物体的闭运动链的协调系统,定义了位置可行域和姿态可行域。对于定绳长、固定基多机器人联合吊运系统,通过物体的受力分析确定出可行域边界受力条件,由物体位置反解机器人末端位置得出可行域的大致范围。在Matlab中,基于蒙特卡罗算法,求解出精确的可行域。该方法避免了直接由工业机器人关节角求解可行域时变量太多、运算复杂的问题,为实现特定吊运轨迹的多机器人吊运系统构型设计提供了参考价值。     

基于Recurdyn履带式海底行走机构不同工况性能分析

针对海底钴结壳和热液硫化物矿区的地形力学特点,在传统路面履带式车辆的基础上,设计了实心轮-橡胶履带啮合式海底行走机构。根据该履带式海底行走机构的结构特点进行动力学建模,在处理啮合力时,应用弹性接触理论,将啮合力等效为弹性接触力;对机构的驱动力进行分析,并对影响因素进行分析。基于Recurdyn搭建海底行走机构简化动力学模型,施加约束、接触力及运动函数控制,针对机构在海底运行时的不同类型的地形环境及工况进行分析。由分析结果可知,实心轮与履带销的啮合力随着其间的正压力变化而变化,正压力达到最大值对应出现最大的啮合力,且正压力和啮合力随着履带的传动出现周期性变化的趋势;同时,由于履带速度的动载荷造成行走机构的速度、加速度、驱动力矩等有较大的脉动,但是从整体上来讲,啮合驱动式行走方案还是相对较平稳的。     

深海海底车行星轮式行走机构建模分析

海底车作为深海矿产开采的重要设备,面对复杂的海底地形,海底车行星轮系执行机构需完成跨沟、越障、上下台阶等多种复杂动作。根据海底行星轮式行走机构的性能特点和传动特点,建立行星轮系越障静力学模型和力学平衡方程,对轮系工作行走机构完成跨沟、越障、上下台阶等多种复杂动作进行动作设计和工况分析。基于ADMAS建立了轮组行走机构的系统仿真模型,选取车辆单边越障、车体跨越900mm壕沟、坡度为42°行星轮行走机构爬坡过程等工况进行分析。分析结果表明:行星轮系动作执行系统越障时整车的运行工况良好,安全可靠完成设计目标要求。设计分析过程可以为海底车行星轮系动作执行系统的设计优化及其他相关的研究提供理论依据和参考。     

医用剪叉式升降床升降机构分析与优化

以医用剪叉式升降床升降机构为研究对象,描述了其结构特点,并分析了设计参数。利用虚功原理结合推杆安装位置参数的讨论得到了电动推杆最大推力的表达式;通过对推杆系列行程下满足机构不干涉的推杆安装位置参数可行域的分析,得到了满足要求的推杆行程。利用MATLAB优化工具箱以最大推力最小为优化目标对推杆安装位置参数进行优化。分析和优化得到的结果为电动推杆的选型和安装提供了理论依据。     

深海采矿测控实验系统的数据后处理系统设计与实现

中国大洋协会（COMRA）多金属结核中试采矿系统的测控实验系统为采矿系统的虚拟研究提供了一个高性能的模拟实验平台。本文利用Pascali语言在Delphi平台上实现了数据后处理系统的设计,阐述了数据的奇异项检拾方法和平滑滤波算法,并绘制了数据曲线能直观真实地反映数据变化趋势,具有一定的参考和推广价值。