织构化柱塞对压裂泵密封副的摩擦学性能影响

采用精密机械雕刻技术在压裂泵柱塞试样表面雕刻微凹坑阵列表面织构,利用MDW-100型微机控制立式万能摩擦磨损试验机对具有不同尺寸形状的微凹坑柱塞-丁晴橡胶密封试样进行摩擦磨损试验,研究了织构化柱塞试件与丁晴橡胶摩擦副在流体动压润滑条件下的润滑特性.结果表明:压裂泵柱塞试件表面合理织构组合可以显著地提高柱塞密封系统摩擦副的润滑和减摩性能,其中面积比为5.86%、均匀分布的圆柱形与条形混合凹坑织构是较优的,其摩擦副的摩擦系数、温升及磨损量相对于无织构试件分别降低了80%、90%及79.3%,且表面磨痕也显著低于无织构及其他织构组合的柱塞密封摩擦副.     

钻井泥浆泵柱塞V形圈密封失效仿真分析

柱塞密封作为钻井泥浆泵关键部件,在深井和高压工况下,柱塞密封经常出现密封失效问题,而导致钻井泥浆泵工作效率低,甚至出现安全事故。本文通过建立二维轴对称仿真分析模型,讨论了密封过盈量、轴向压紧力、密封圈个数对柱塞密封性能的影响。结果表明:影响密封能力的程度依次为:轴向压紧力最大,其次为密封过盈量,密封圈个数最小;柱塞V形密封圈的密封能力随压紧力的增加呈等倍增长的趋势;增加密封圈个数并不能增加密封能力,第一道密封圈起到密封关键作用,并且其肩部的Von Mises应力非常大,也是最先遭到破坏的;密封过盈量小于0.4mm时,密封能力不会发生变化;轴向压紧力达到15MPa后,密封圈的Von Mises应力急剧上升,继续增加轴向压紧力容易导致密封圈破坏,发生密封失效。     

O形与C形组合密封圈的力学性能对比分析

建立了O形密封圈与C形组合密封圈的轴对称模型,分析了两种密封圈的静、动密封性能和过孔性能,并计算出了不同压力下密封圈的摩擦阻力。对比两种密封圈的性能,结果表明:O形密封圈适用于较低压力的静密封;高压静密封、压力超过15MPa时的动密封及过孔工况下,O形密封圈的使用需增加挡圈;因O形圈变形严重,局部应力较大,易发生疲劳失效,不适合用于高压下频繁运动和需要过孔的动密封工况;C形组合密封圈的摩擦阻力较小,在动密封和过孔的工况下表现出良好的性能。     

核主泵静压型轴封系统二级密封机理研究

核主泵轴密封是核电设备的关键部件之一,探究其密封机理,实现国产化设计,具有重大意义.核主泵静压型轴封系统二级密封一般设计为一级密封失效时承受全部载荷.所研究的二级密封结构全压差(15.5 MPa)工作时的密封机理尚不明确.本文中采用流固耦合模型研究了一级密封失效时,二级密封的工作机理.结果表明:一级密封失效时,二级密封是非接触式静压型密封.在压差和动环变形环板变形产生的力的共同作用下,密封端面形成锥角为1 300.9μrad的收敛间隙;当入口水温65℃时,泄漏率为1 867.8 L/h.动环变形环板的变形有阻碍动环变形锥角增大的作用.动环变形环板厚度越大,密封泄漏率越大.密封介质入口温度以及材料的摩擦性能对密封性能亦有影响.此外,一级正常工作时,二级密封是接触式形式,采用混合润滑模型对其性能作了分析,分析表明一级密封正常工作时,二级密封压差约为0.17 MPa,密封为混合润滑状态,泄漏率为11.4 mL/h,端面温升23.9℃.     

不同箔坝位置关系下浮动坝箔片端面气膜密封性能研究

提出一种具有浮动密封坝的箔片端面气膜密封(FSD-CFFGS)，并以此为研究对象建立密封气弹耦合润滑理论模型，采用有限差分法求解可压缩气体的雷诺方程，分别在箔片端面高于、等于和低于密封坝平面三种关系下系统研究支撑箔柔度系数对膜压、形变及密封性能的影响规律，探究FSD-CFFGS的工作原理和密封机理.综合考虑自适应性、开启性和控漏性，确定FSD-CFFGS支撑箔柔度系数优选范围.结果表明：当箔片端面高于密封坝平面时，密封流体动压效应显著，开启性能较好；高度差Δh取1.5～2.5μm、箔片区支撑箔柔度系数α₁取0.05～0.15、浮动坝区支撑箔柔度系数α₂取10^-5～10^-3时，FSD-CFFGS具有一定自适应能力并能保证较好的开启性和控漏性.     

超临界二氧化碳高低齿梳齿密封动力稳定性研究

建立超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,SCO₂)高低齿梳齿密封三维数值计算模型,应用基于微元理论的密封动特性识别方法,研究凸台宽度及密封间隙对超临界二氧化碳梳齿密封动静特性的影响,并与传统梳齿密封进行对比. 研究表明:高低齿梳齿密封的交叉复合刚度系数对有效阻尼系数影响较小,主阻尼对其占主要影响. 在低涡动频率下(<160 Hz),传统梳齿密封动力稳定性较好;而涡动频率高于160 Hz时,高低齿梳齿密封的有效阻尼系数约为传统梳齿密封的105%~113%;且存在1个最佳凸台宽度使密封系统稳定性最好(本文最佳值为5.13 mm);随着密封间隙的减小,有效阻尼系数的大小与频率依赖性分别增大、增强. 高低齿梳齿密封泄漏量较传统梳齿密封降低约45.5%;凸台宽度5.13 mm、密封间隙0.4 mm时较原始模型(b=4 mm、c₂=0.5 mm)泄漏量分别降低约5%和19%,高低齿梳齿密封泄漏量随密封间隙的减小而降低.      

激光陀螺捷联系统高精度加速度计非线性模型参数标定

为克服激光陀螺捷联系统内减振变形引入的加速度计测量误差,建立以陀螺敏感轴为约束的IMU机体坐标系。针对零偏稳定性优于5×10?6g的高精度加速度计非线性项误差不可忽视的特点,提出加速度计非线性测量模型。基于角位置精度为5″的三轴转台,采取最小二乘分步辨识的思想,借助线性化方法,首先正交多位置转台转动辨识出加速度计的二次项系数,再倾斜转台多位置辨识出加速度计的交叉耦合项系数。实验结果表明,转台正交位置时,基于非线性模型的加速度计重力值测量误差的标准差减小至线性模型的9.38%,且3次实验得出的由模型二次项系数引入的测量误差的最大标准差为8.53×10?7g;转台倾斜位置时,基于非线性模型的加速度计重力值测量误差的标准差减小至线性模型的31.41%,且3次实验得出的由模型交叉耦合项系数引入的测量误差的最大标准差为1.14×10?6g,从而实现高精度加速度计的精确标定。     

螺杆钻具万向轴啮合结构有限元分析

对某油田现场使用的花瓣式与花键式万向轴啮合结构进行了受力分析;并通过数值仿真分析软件,对不同啮合结构的静载能力、抗疲劳能力与抗磨损能力进行了分析。受力分析结果表明,啮合点产生的不平衡力会对马达产生反作用力,其位置变化越大,对马达反作用力越大。花键与花瓣式万向轴的有限元对比分析结果表明:花键式万向轴的静载能力、抗疲劳能力、铰链结构的抗磨损能力和对马达的反作用力均优于花瓣式万向轴,其静强度提高了29%,对马达的反作用力降低了75%;但花键抗磨损能力要弱于瓣齿,为防止花键过度磨损,花键式万向轴必须带有密封结构为花键提供密封和润滑。     

高速气流阻塞效应对倾斜微孔端面密封动压特性的影响

以倾斜椭圆微孔端面为研究对象,考虑出口阻塞效应和入口压力损失,对高速气流润滑密封动压特性展开理论研究.采用数值方法重点分析不同密封压力、转速等操作参数和端面宽度等几何参数以及方向因子、倾斜角、孔深及面积比等微孔几何参数下,阻塞效应对开启力和泄漏量等密封特性参数的影响规律.结果表明:入口压力损失使入口处压力降低,出口阻塞效应使出口处压力抬升,导致端面开启力和泄漏量降低.随着转速和密封压力的增加,阻塞效应增强,与强制压力边界下的值相比,当密封压力为10 MPa,转速为50 000 r/min时,开启力降低可达5%以上,泄漏量可降低67%以上.当孔深取2~4μm,微孔倾斜角取20°~40°时较易获得优异的动压开启性能.     

大理岩试样循环加载强化作用的试验研究

利用不同晶粒大理岩块加工成完整和含孔道的圆柱试样,在伺服实验机上分别进行单轴和常规三轴循环加载试验,其中三轴循环加载包括维持围压恒定和卸载围压两种情况.结果表明,循环加载确实可使试样的强度增加,强度大致提高5%-10%.岩石的材料强度和承载能力是两个不同的概念.大理岩晶粒之间多为裂隙,轴向压缩加载时晶粒局部接触应力远高于名义应力,在岩样未达到峰值应力之前,接触处已经产生很大的变形乃至出现局部破坏,形成的碎屑在卸载时可以脱落充填到附近的空隙,提高岩样承载能力.这种强化特征是与摩擦相关的承载能力,并非材料强度;与多次循环加载造成材料强度逐步劣化不同.从卸载点附近卸载与再加载应力应变曲线的关系,可以确认卸载是否引起岩石承载能力的增加.     

三向受压混凝土的动态特性研究

为探究混凝土在三向受压状态下的动态特性,利用自行研制的大型多功能三轴材料试验机,进行不同应变速率(10^-5/s、10^-4/s、10^-3/s、10^-2/s)下混凝土不同定侧压比(1:1、2:1、3:1、4:1)的动态真三轴抗压试验,研究了混凝土在动态抗压下的强度和变形特性。结果表明:混凝土在三向受压状态下表现出明显的应变率效应,峰值应力随着应变速率的增加先减小后增大,峰值应力减小最大幅度为5.42%而后开始增大,最大增幅为18.22%。而峰值应力随着侧压比的增大而增大,到达3:1时应力速率敏感性降低。混凝土的峰值应变在低侧压比(1:1和2:1)时随着应变速率的增加而减小,而在侧压比较高(3:1和4:1)时先减小再增大。随着应变速率的增加,裂纹开始从骨料处产生,塑性应变增大,导致峰值应变增大;在动态加载条件下,峰值应变随着侧压比的增大有先增大后减小的趋势。较高侧压比时混凝土的弹性模量随着应变速率的增加具有增大的趋势,最大增幅为240.66%。应力-应变曲线上升段随着应变速率增大越来越陡峭。试件的破坏形态随着侧压比的增大从柱状破坏变为斜剪破坏。     

爆炸容器

爆炸容器通常是指一定的爆炸物在其中爆炸时,对周围环境不造成损坏和污染的一种密封压力容器。一般用来进行爆炸加工的车间化生产或作为爆轰及爆炸效应的试验研究之用,也可作为某种特殊要求的安全防护构件。根据使用目的和设计原则来区分,爆炸容器可以分为单次或短期使用和长期重复使用等两大类,虽然两者都要求在使用过程中保证不发生破裂和渗漏现象,但前者可以允许容器塑性变形,后者则要求在任何情形下变形都必须是弹性的。本文主要介绍爆炸加工和科学研究用的爆炸容器。对这类容器的要求是药量大、声响小、安全可靠、操作方便并能作为一项基本设备长期使用。     

泄爆和氮气惰化耦合作用对氢-空气爆炸影响的实验研究

为了解受限空间内不同氮气体积分数φ对氢-空气泄爆的影响,在高1 m的顶部开口容器中进行了实验。结果表明:当φ≤40%时,容器内部的最大压力峰值由外部爆炸造成;而当φ>40%时,内部最大压力峰值则由泄爆膜破裂引起;在所有实验中,都观察到内部压力的亥姆霍兹振荡,其振荡频率随φ的增加而降低;声学振荡仅出现在φ=25%, 30%时;容器内3个不同压力监测点（靠近泄爆口、容器中心和接近容器底端）的最大爆炸超压p_max都随着φ的增加而降低,且整体上最大的p_max始终在爆炸容器底部附近出现。但当φ>40%时,3个监测点间p_max的差异可忽略不计;外部最大爆炸超压也随φ的增加而减小,且不论其大小如何,均对内部压力曲线有显著影响。     

离散多层厚壁爆炸容器抗爆炸性能试验研究

为了研究离散多层爆炸容器的动力响应和破坏特性,制造了尺寸和材料相同但钢带缠绕倾角不同的三台离散多层试验容器,并进行了一系列大药量的中心加载试验,测量了典型位置的应变。结果表明中心装药时三台试验容器的破坏都在爆心截面处,钢带缠绕倾角较小的容器能够承受更大炸药量的爆炸作用,容器具有较好的抗内爆炸性能。     

柱形容器开口泄爆过程中压力发展特性的实验研究

在体积为 0 0 2 5m3 的柱形容器中 ,采用底端中心点火方式 ,对 4 1%的丙烷 空气、9 5 %甲烷 空气预混气的顶端开口泄爆过程进行了实验研究。实验结果给出了不同泄爆面积和不同泄爆压力条件下容器的内压力发展历史。就不同泄爆条件对容器内爆炸发展产生的影响进行了讨论。     

螺旋槽端面微间隙高速气流润滑密封特性

考虑入口气流压力损失和出口阻塞效应,建立了微间隙端面高速气体润滑密封分析数学模型,对螺旋槽端面微间隙高速气流润滑密封特性进行研究.重点分析了不同密封间隙、密封压力和转速等工况条件下,入口压力损失和出口阻塞效应对开启力、泄漏率及气膜刚度等密封特性参数的影响规律.结果表明:高速气体阻塞效应使出口压力高于环境压力,压力损失使入口气膜压力下降,导致泄漏率和气膜刚度明显下降,并使开启力增加.随着密封压力和密封间隙的增加,阻塞效应增强,导致泄漏率和气膜刚度显著降低.密封压力10 MPa时,泄漏率降低可达20%,气膜刚度的下降可达30%以上.     

交错式扇贝阻尼密封动力特性研究

建立交错式扇贝阻尼密封三维数值分析模型,基于动网格及多频椭圆涡动模型研究密封动力特性沿轴向分布规律,计算分析错开角度(α=0°、11.25°、22.5°、33.75°)与密封腔深度(h=2.8、3.3、3.8和4.3 mm)对密封动力特性的影响. 结果表明:上游腔室(C1~C4)具有较大的正直接刚度和有效阻尼,对抑制转子涡动、提升系统稳定性的贡献相对较大. 相对并列式(α=0°)结构,交错式扇贝阻尼密封流体周向速度较小、湍流耗散增加,系统稳定性提升,同时密封泄漏量降低. 错开角度为33.75°时的有效阻尼约为0°时的111%~121%;错开角度为22.5°时的泄漏量相较于0°时约降低了2.11%. 有效阻尼随密封腔深度减小而增大,密封腔深度为2.8 mm时的有效阻尼约为4.3 mm时的146%~211%;密封泄漏量随密封腔深度增大而降低,密封腔深度为4.3 mm时的泄漏量相较于2.8 mm时降低了约3.73%.      

液体密封端面倾斜椭圆孔上游泵送特性

气液异相介质隔离密封的实现有赖于密封端面几何型槽的上游泵送特性，为探索多孔端面实现液封气密封的设计途径，对液体密封端面倾斜椭圆孔上游泵送特性开展研究. 考虑空化效应，采用有限差分方法对转速、密封间隙、密封压力等操作参数和孔深、倾斜角、方向因子、孔数等结构参数对开启力和泄漏率的影响规律进行了数值分析. 结果显示:液体润滑条件下端面倾斜椭圆孔可产生明显的上游泵送效应，增加周向孔数和方向因子可实现被密封介质的完全零泄漏，同时可产生明显的流体动压效应使端面开启力提高50%以上. 文中密封压力条件下，孔深取5~10 μm，倾斜角取45°，周向孔数大于80，方向因子大于3时，密封可实现完全反向泵送，反向泄漏率的增加与随着孔数、方向因子和孔深的增加而增加.      

钢管约束活性粉末混凝土短柱承载力计算研究

活性粉末混凝土(RPC)具有超高强度但脆性较大,钢管约束可显著提高RPC的延性。采用全截面加载、仅对核心混凝土加载两种方式,对20根外径133mm的圆钢管约束RPC短柱开展轴心受压性能试验。分析了试件的破坏过程和特征、荷载-位移曲线和轴压承载力;探讨了加载方式、钢管径厚比和RPC强度对轴压性能的影响规律。结果表明:套箍系数大于0.9时,试件发生鼓曲破坏,其余则为剪切破坏;钢管厚度为4.5mm、6mm时,荷载-位移曲线会出现明显的下降段,钢管厚度为8mm、10mm时,曲线则平稳或者继续上升;试件整体轴压承载力大于钢、混凝土两种材料承载力的简单叠加,两种加载方式下的提高幅度分别为12%、24%。在试验基础上分析了钢管约束RPC短柱的工作机制和受力模型,结合双剪统一强度理论建立了短柱在两种加载方式下的轴压承载力计算方法,公式计算与试验结果的误差小于10%,适用性较好。     

具有体积分数梯度的连通装置甲烷-空气爆炸特性数值模拟

为了研究具有体积分数梯度的连通装置内甲烷-空气爆炸特性,以60 L圆柱体容器和20 L圆柱体容器通过3 m长,截面为0.035 m×0.035 m的方形管道而连接形成的容器管道连通装置作为研究对象,利用Fluidyn软件对均一体积分数的连通装置以及具有体积分数梯度的连通装置中甲烷-空气爆炸的特性进行了数值模拟。结果表明:连通装置中甲烷的均一体积分数为6.517%～8.067%时,并由大容器中心点火工况时,最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、最高温度和最大速度,以及这些爆炸参数达到最大值时的时刻值随体积分数的变化约呈线性关系;连通装置大容器甲烷体积分数6.0%体积分数梯度为2.0%～8.0%且大容器中心点火时,最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、最高温度和最大速度随体积分数梯度总体上呈现先增大后减小趋势;大容器中心点火时,最大爆炸压力位于小容器,最大压力上升速率位于管道1或管道2,最大速度位于管道3,速度值可达400～600m/s。本研究可为连通装置内可燃气体爆炸事故防控提供理论指导。