牙轮钻头用单金属密封瞬态启动动力学模型与密封性能 被引量：7

1

作者 马艺 陈宇涛 +2 位作者 孟祥铠 赵文静 彭旭东 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期777-785,共9页

牙轮钻头的频繁启动以及振动工况直接影响单金属密封的可靠性和工作寿命。基于热-流-固-动耦合场,建立了复杂工况下单金属密封瞬态启动动力学模型,采用有限差分法和Newmark法联合求解润滑方程和动力学方程,考察钻头转速和轴向激励对单... 牙轮钻头的频繁启动以及振动工况直接影响单金属密封的可靠性和工作寿命。基于热-流-固-动耦合场,建立了复杂工况下单金属密封瞬态启动动力学模型,采用有限差分法和Newmark法联合求解润滑方程和动力学方程,考察钻头转速和轴向激励对单金属密封动态密封性能的影响,结果表明:随着钻头不断启动至恒转速阶段,高压(p_(0)=30 MPa)下单金属密封端面液膜沿径向始终呈发散型分布,端面温升在轴向激励下振荡增加至稳定波动,瞬时泄漏率呈正负交替波动状态,幅值远大于稳态泄漏率幅值,特别是当泄漏率为负值时,外径侧泥浆极易侵入密封间隙;单金属密封动态性能随钻头转速和轴向激励载荷增大而进一步恶化。 展开更多

关键词 牙轮钻头 单金属密封 动力学模型 数值模拟 密封性能

在线阅读 下载PDF 职称材料

牙轮钻头用单金属密封热-流-固耦合模型与性能分析 被引量：8

2

作者 马艺 倪洋 +2 位作者 孟祥铠 彭旭东 江锦波 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第19期2295-2303,共9页

综合考虑密封端面间的粗糙接触、热力变形和黏温特性,构建了密封环与辅助密封件、润滑液膜与密封介质的关联体系,建立了牙轮钻头单金属密封热-流-固耦合数学模型,并研究了关键钻井参数如环境压力、钻头转速对单金属密封端面膜厚分布形... 综合考虑密封端面间的粗糙接触、热力变形和黏温特性,构建了密封环与辅助密封件、润滑液膜与密封介质的关联体系,建立了牙轮钻头单金属密封热-流-固耦合数学模型,并研究了关键钻井参数如环境压力、钻头转速对单金属密封端面膜厚分布形态、温升变化及密封性能的影响规律。研究结果表明:随钻井深度和环境压力的增大,单金属密封端面间隙逐渐由收敛型演化为发散型,膜厚及温升极值点由外径侧向内径侧迁移,其临界转折点为环境压力p0=11 MPa附近;高压工况下,密封端面内径侧接触压力递增,不利于润滑油膜的形成;密封系统的泄漏率和摩擦力随钻头转速增大均有所增大,但在低压工况下可通过合理增大钻头转速来提高钻井效率。 展开更多

关键词 牙轮钻头 单金属密封 热-流-固耦合 黏温特性

在线阅读 下载PDF 职称材料

橡胶硬度和动环斜度对单金属密封性能的影响 被引量：6

3

作者 张晓东 周权 +2 位作者 张毅 祝伟彪 杨韬 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2015年第8期35-39,共5页

采用ANSYS软件建立单金属密封的分析模型,分析在低压和高压情况下,丁晴橡胶O型圈硬度、橡胶支撑环硬度和动环倾斜面斜度3种关键参数对动静环端面接触应力的影响。结果表明:单金属密封的密封面接触应力在低压工况下由内向外逐渐增大,在... 采用ANSYS软件建立单金属密封的分析模型,分析在低压和高压情况下,丁晴橡胶O型圈硬度、橡胶支撑环硬度和动环倾斜面斜度3种关键参数对动静环端面接触应力的影响。结果表明:单金属密封的密封面接触应力在低压工况下由内向外逐渐增大,在高压工况下则呈现出边缘突变、中间平缓的分布状况;O型圈硬度和橡胶支撑环硬度较小时,动静环接触应力分布越平缓,有利于降低密封端面的磨损,提高密封工作寿命;动环倾斜面斜度越大,密封端面接触应力越小且应力分布越平缓,可有效提高密封性能。 展开更多

关键词 单金属密封 O型圈 橡胶支撑环 接触应力

在线阅读 下载PDF 职称材料

钻井工况下单金属密封接触分析及实验研究 被引量：7

4

作者 张毅 常学平 +1 位作者 付玉坤 吴倩 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期262-266,共5页

结合钻井领域高温高压工况,对单金属密封的装配过程和双侧受压情况进行有限元分析,求得动密封面接触压力梯度分布,并结合MATLAB和雷诺方程提出了一种计算动密封泄漏率的新方法;然后根据钻井工况搭建了旋转动密封实验台,对动密封面的接... 结合钻井领域高温高压工况,对单金属密封的装配过程和双侧受压情况进行有限元分析,求得动密封面接触压力梯度分布,并结合MATLAB和雷诺方程提出了一种计算动密封泄漏率的新方法;然后根据钻井工况搭建了旋转动密封实验台,对动密封面的接触压力分布情况和泄漏率进行测试。实验和仿真结果表明,在低压工况下动密封面呈收敛状态,有利于润滑油膜的形成,而高压工况下则发散;随着润滑油和钻井液压差的增大,动密封面内侧的接触压力逐渐减小,而外侧逐渐增大;泄漏率随着动密封转速的升高而增大,随着动密封轴向位移的增加而降低。 展开更多

关键词 单金属密封 磨损 接触压力 泄漏率 钻井

在线阅读 下载PDF 职称材料

单金属密封的结构优化及其密封性能研究 被引量：4

5

作者 张毅 张晓东 +1 位作者 常学平 吴倩 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期167-172,共6页

针对油气田勘探中,复杂的钻井工况导致动密封工作性能极不稳定的问题,结合单金属密封结构和井底高压环境,利用有限元方法对单金属密封受压情况下的接触压力进行分析。用雷诺方程计算单金属动密封的泄漏率,以减小最大接触压力和泄漏率为... 针对油气田勘探中,复杂的钻井工况导致动密封工作性能极不稳定的问题,结合单金属密封结构和井底高压环境,利用有限元方法对单金属密封受压情况下的接触压力进行分析。用雷诺方程计算单金属动密封的泄漏率,以减小最大接触压力和泄漏率为优化目标,利用正交试验和F评价方法对单金属密封结构参数进行优化,得到密封结构参数对密封面接触压力和泄漏率的影响情况,并将每个水平数对应的优化目标计算结果分别取平均值,得到不同水平影响下接触压力和泄露率平均值的变化趋势,从而确定密封结构的最优水平值,并借助有限元仿真对优化前后的密封性能进行对比。最后根据优化前后的密封结构参数加工2套密封试件,进行密封实验。仿真分析和实验结果表明:高压工况下优化前的密封面内侧磨损严重,钻井液颗粒容易侵入密封面;而优化后密封面的最大接触压力有所降低,动密封面的最高温度和泄漏率明显降低。研究结果对改进单金属密封的工作性能、提高井下动密封的可靠性有重要的现实意义。 展开更多

关键词 单金属密封 有限元 接触压力 泄漏率 动密封实验

在线阅读 下载PDF 职称材料

牙轮钻头单金属密封结构优化研究 被引量：4

6

作者 李斌 刘俊 +2 位作者 卢大伟 吴明明 陈宏宇 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期98-102,共5页

牙轮钻头单金属密封结构起到阻碍钻井液进入轴承腔、防止润滑脂泄漏的作用,但是单金属密封结构在高转速、高钻压情况下容易失效。为了提升单金属密封结构的密封性能,使用ABAQUS建立其有限元模型,分析静环斜面倾角、静环楔入角和动密封... 牙轮钻头单金属密封结构起到阻碍钻井液进入轴承腔、防止润滑脂泄漏的作用,但是单金属密封结构在高转速、高钻压情况下容易失效。为了提升单金属密封结构的密封性能,使用ABAQUS建立其有限元模型,分析静环斜面倾角、静环楔入角和动密封面长度变化对动密封面接触应力的影响规律。结果表明:静环斜面倾角从13°到21°的变化过程中,最大接触应力逐渐增加,且峰值都出现在动密封面的外侧0.5 mm处;动密封面接触长度从2.5 mm到4.5mm的变化过程中,接触应力逐渐增大,但变化不明显;静环楔入角从1°增至9°时,接触应力呈减小趋势,且变化也不明显,最大值分布在动密封面的外侧。因此,静环斜面倾角对接触应力影响较大,而静环楔入角和动密封面接触长度相对较小。利用正交优化实验进行密封结构的敏感性研究,得到密封结构最优结构参数。优化后最大接触应力增加62.72%,平均接触应力增加17.02%,提高了单金属密封结构的密封性能。 展开更多

关键词 牙轮钻头 单金属密封结构 接触应力

在线阅读 下载PDF 职称材料

单金属密封间隙两相流动及密封性能研究 被引量：5

7

作者 张敏佳 马艺 +2 位作者 孟祥铠 彭旭东 王玉明 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期229-239,共11页

基于单金属密封热-流-固耦合模型计算结果,建立多工况下单金属密封间隙三维非均一液膜计算模型.利用多相流模型(VOF)、用户自定义函数(UDF)和动网格技术研究单金属密封端面液膜特性及泥浆侵入行为,探讨稳、动态条件下环境压力和转速对... 基于单金属密封热-流-固耦合模型计算结果,建立多工况下单金属密封间隙三维非均一液膜计算模型.利用多相流模型(VOF)、用户自定义函数(UDF)和动网格技术研究单金属密封端面液膜特性及泥浆侵入行为,探讨稳、动态条件下环境压力和转速对单金属密封间隙两相流动及密封性能的影响规律.结果表明:外侧泥浆受动环旋转影响侵入密封间隙的倒角区和密封区外侧,在低环境压力和高转速条件下泥浆侵入愈明显;受周期性振动影响,泥浆向密封区内部侵入延伸且逐渐累积,长周期工作时泥浆经由密封间隙进入轴承系统的可能性大大增加;随着环境压力的升高,润滑油泄漏率均值不断增加而振幅逐渐减小,摩擦力均值及振幅均减小. 展开更多

关键词 单金属密封 两相流动 密封性能 振动 数值模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

高速钻头金属密封结构优化设计与试验研究 被引量：1

8

作者 刘洋 黎文奇 佘扬周 《石油机械》 北大核心 2025年第6期75-83,116,共10页

目前关于钻头密封保护垫对密封结构影响的研究较少,缺乏密封垫的结构优化和试验研究成果。为此,结合测试试验和有限元法,研究压装力、端面比压等参数对金属密封系统力学行为和密封性能的影响规律,分析现有密封垫结构密封性能的缺陷,并... 目前关于钻头密封保护垫对密封结构影响的研究较少,缺乏密封垫的结构优化和试验研究成果。为此,结合测试试验和有限元法,研究压装力、端面比压等参数对金属密封系统力学行为和密封性能的影响规律,分析现有密封垫结构密封性能的缺陷,并设计新型密封垫以及对原结构进行改进研究。研究结果表明:与原密封垫结构相比,新型密封垫与供能圈、金属密封环端面的有效接触面积增大,应力分布较均匀,应力集中较小,变形更平稳,在最大窜动量时接触压力满足密封功能要求,还能够有效减轻磨损;力学性能测试和单元密封试验结果表明,新型密封垫结构满足高速牙轮钻头密封要求。研究结果可为增强高速钻头的密封性能和延长使用寿命提供理论和试验依据。 展开更多

关键词 高速钻头 单金属密封结构 供能圈 密封保持垫 材料试验 有限元分析 性能测试

在线阅读 下载PDF 职称材料

单金属浮动密封技术研究 被引量：12

9

作者 张宝生 陈家庆 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2008年第3期99-103,共5页

与传统的双橡胶圈浮动密封相比,单金属浮动密封具有占用空间小、承受转速高、磨损小的优点。在国外钻井工程中的实际应用表明,该技术能大幅度提高密封件的可靠性和工作寿命,是一种高性能的密封新技术,值得在国内密封行业推广。介绍了单... 与传统的双橡胶圈浮动密封相比,单金属浮动密封具有占用空间小、承受转速高、磨损小的优点。在国外钻井工程中的实际应用表明,该技术能大幅度提高密封件的可靠性和工作寿命,是一种高性能的密封新技术,值得在国内密封行业推广。介绍了单金属浮动密封的应用特点、润滑模型、计算机辅助工程(CAE)在理论研究中的应用、表面强化技术在单金属浮动密封中的应用情况,指出通过表面强化技术提高密封摩擦副的性能、建立混合润滑状态下单金属浮动密封的设计理论、采用CAE技术优化密封端面参数是研究开发单金属浮动密封有效途径,其中采用CAE技术优化密封端面参数将是单金属浮动密封研究的近期目标。 展开更多

关键词 单金属浮动密封 计算机辅助工程 表面处理 混合润滑

在线阅读 下载PDF 职称材料

牙轮钻头SEMS2单金属浮动密封结构的改进 被引量：6

10

作者 张宝生 陈家庆 刘振宇 《石油机械》 北大核心 2010年第8期5-7,47,共4页

为了解决单金属浮动密封结构复杂和研制困难的问题,提出了一种改进型单金属浮动密封结构(GSEMS),它采用1个异形橡胶密封环代替O形橡胶圈和支持橡胶环,简化了密封结构,也减轻了它与轴颈之间的磨损。采用有限元软件对第2代单金属浮动密封(... 为了解决单金属浮动密封结构复杂和研制困难的问题,提出了一种改进型单金属浮动密封结构(GSEMS),它采用1个异形橡胶密封环代替O形橡胶圈和支持橡胶环,简化了密封结构,也减轻了它与轴颈之间的磨损。采用有限元软件对第2代单金属浮动密封(SEMS2)和GSEMS进行装配过程模拟,结果表明,两者在密封面上具有相近的受力分布和密封能力,能使用较软的橡胶材料得到较大的密封力,减小了静环内锥面和橡胶之间的缝隙,具有良好的密封性能。 展开更多

关键词 牙轮钻头 单金属浮动密封 结构 有限元分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

牙轮钻头用新型单金属浮动密封研究 被引量：6

11

作者 张宝生 陈家庆 斯日古冷 《石油机械》 北大核心 2009年第11期32-35,90,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 牙轮钻头 单金属浮动密封 支撑橡胶环 有限元分析

在线阅读 下载PDF 职称材料