本文選題：密封　切入點：泥漿泵活塞　出處：《吉林大學》2017年碩士論文

【摘要】：勘探和開采是能源生產的重要環(huán)節(jié),隨著我國對能源依賴程度的加大,鉆探技術需要不斷革新。泥漿泵是鉆探設備的重要組成部分,它使鉆探效率大大提升�；钊悄酀{泵中最容易失效的部件,活塞密封性能下降,高壓砂粒參與到摩擦副運動磨損,使活塞快速失效,不僅停機更換影響鉆探進尺速度,使缸套一同磨損,還可能導致井壁崩塌等嚴重事故,造成經濟和財產的巨大損失,因此,提高泥漿泵活塞密封性能對于鉆探技術的革新和行業(yè)生產力的提升至關重要。本文通過對泥漿泵活塞工作原理和受力情況的分析,設計基于非光滑和多級密封思想的條紋形高密封性泥漿泵活塞,以BW-160型泥漿泵活塞為試驗對象,選擇條紋深度和條紋與活塞側面夾角兩個試驗因素,設計出9組參數的活塞表面結構�；谀酀{泵活塞密封性能試驗研究的需求,搭建泥漿泵活塞性能檢測試驗臺,試驗臺主要實現摩擦力檢測、密封性能檢測和密封接觸觀測三項試驗目的。針對條紋形BW-160型泥漿泵活塞,在試驗臺上進行摩擦力檢測和密封泄漏檢測兩方面的研究試驗,針對試驗結果中最優(yōu)活塞進行壽命驗證性試驗。摩擦力試驗中,條紋深度為2mm、夾角為90°的活塞摩擦力最小,摩擦減阻效果比標準活塞提高了53.89%,條紋夾角對摩擦力的影響大于條紋深度的影響;密封性能檢測試驗中,條紋深度為2mm、夾角為90°的活塞泄漏量最小,比標準活塞密封性能提升了90.79%。對最優(yōu)參數的活塞與標準活塞在同樣條件下進行壽命磨損試驗,結果顯示,最優(yōu)的條紋活塞壽命比標準活塞提高了114.58%。為了揭示泥漿泵活塞的受力和應變情況,利用逆向工程和Workbench有限元分析等技術手段對正常工況下的泥漿泵活塞進行數值模擬,數值模擬結果顯示,條紋結構能夠優(yōu)化活塞整體的應變狀態(tài),減小活塞內部、根部和唇口的應變集中,從而提升活塞整體性能;條紋結構能優(yōu)化活塞表面的摩擦情況,將摩擦力集中部位分散到條紋結構邊緣,減少唇口磨損;條紋結構能通過減小活塞根部的Equivalent應力值,改善活塞根部擠傷等情況;能夠增加活塞唇口的接觸壓力,增強唇口密封性;在條紋結構處能實現接觸壓力多級增大,達到多級密封的效果。對BW-160型泥漿泵活塞的泄漏初期情況進行模擬,相對于標準活塞,條紋結構能夠存儲泄漏泥漿介質,降低泥漿的泄漏速度;通過透明缸套,在泥漿泵活塞性能檢測試驗臺上進行接觸觀測和圖像采集,條紋形結構能通過儲存潤滑脂和形變,增大活塞與缸套的接觸密封面積,能在缸套上形成潤滑膜改善摩擦性能,增強活塞密封性,減緩密封失效的發(fā)生。
[Abstract]:Exploration and exploitation are important links in energy production. With the increase of our country's dependence on energy, drilling technology needs to be innovated.Mud pump is an important part of drilling equipment, which greatly improves drilling efficiency.Piston is the most vulnerable component in mud pump. The piston seal performance is decreased, the high pressure sand particles participate in the friction pair movement and wear, which causes the piston to fail quickly, not only stops the replacement to affect the drilling speed, but also causes the cylinder liner to wear together.It may also lead to serious accidents such as wellbore collapse, resulting in huge economic and property losses. Therefore, improving the piston sealing performance of mud pump is very important for the innovation of drilling technology and the improvement of industry productivity.Based on the analysis of the working principle and stress of the slurry pump piston, this paper designs a striped high sealing slurry pump piston based on the idea of non-smooth and multistage sealing. The piston of the BW-160 type mud pump is taken as the experimental object.The surface structure of the piston with nine parameters was designed by selecting two experimental factors, the depth of the fringe and the angle between the fringe and the side of the piston.Based on the requirement of testing and research on piston sealing performance of mud pump, a test bed for testing piston performance of mud pump is set up. The test platform mainly realizes three test purposes: friction test, seal performance test and seal contact observation.For the piston of striped BW-160 mud pump, the friction force detection and seal leakage detection are carried out on the test bench, and the life verification test is carried out for the optimal piston in the test results.In the friction test, the friction force of the piston with a depth of 2 mm and an angle of 90 擄is the smallest, and the friction drag reduction effect is 53.89 higher than that of the standard piston, and the influence of the fringe angle on the friction force is greater than that of the fringe depth.The piston with a fringe depth of 2 mm and an angle of 90 擄has the smallest leakage, which improves the sealing performance of the standard piston by 90.79%.The life wear test of the piston with the optimum parameters is carried out under the same conditions as the standard piston. The results show that the life of the optimum striped piston is 114.58 longer than that of the standard piston.In order to reveal the stress and strain of slurry pump piston, reverse engineering and Workbench finite element analysis were used to simulate the piston under normal working conditions.The stripe structure can optimize the strain state of the piston as a whole, reduce the strain concentration inside the piston, the root and the lip, so as to improve the overall performance of the piston, and the stripe structure can optimize the friction condition of the piston surface.The friction concentration is dispersed to the edge of the stripe structure to reduce the wear of the lip; the stripe structure can improve the squeezing damage of the piston root by reducing the Equivalent stress value of the piston root; and the contact pressure of the piston lip can be increased.The contact pressure can be increased at the stripe structure, and the effect of multistage seal can be achieved.The initial leakage of piston of BW-160 type mud pump is simulated. Compared with standard piston, stripe structure can store leaking mud medium and reduce mud leakage speed.The contact observation and image collection are carried out on the testing platform of the piston performance of mud pump. The striped structure can increase the contact sealing area between the piston and the cylinder by storing grease and deformation, and can form a lubricating film on the cylinder liner to improve the friction performance.Enhance piston sealing ability, slow down the occurrence of seal failure.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE92

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本文編號：1704326