本文關(guān)鍵詞：稠油熱采智能轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計及抗腐蝕性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文針對稠油熱采工藝需求,根據(jù)Y接頭高溫高壓(290℃和21MPa)的設(shè)計要求,基于液壓傳動原理優(yōu)化設(shè)計了一種可以實現(xiàn)采油狀態(tài)與測試狀態(tài)智能轉(zhuǎn)換的高溫Y接頭,Y接頭的實際運行工況對其密封性能和腐蝕性能提出了更高的要求。本文以研發(fā)的Y接頭作為研究背景,通過樣機實驗及有限元分析對Y接頭的整體結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化改進,使其功能性與密封性能滿足高溫高壓下的設(shè)計要求,以實現(xiàn)正常作業(yè)時的智能轉(zhuǎn)換。以Y接頭主體材質(zhì)42CrMo鋼為研究對象,通過高溫腐蝕實驗和電化學(xué)腐蝕實驗研究激光沖擊強化對其耐腐蝕性能的影響,主要研究內(nèi)容及所獲成果如下:1.Y接頭功能性、密封性能試驗及內(nèi)部流場模擬試驗對加工出的樣機進行常溫及高溫下的功能和密封性驗證,不斷對樣機進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進。利用ANSYS軟件對裝置單向閥在四個不同開度下的內(nèi)部流場進行了模擬,比較分析了單向閥處于不同開度時裝置內(nèi)部流場的速度分布圖和湍動能分布圖。研究表明:通過對金屬O型密封圈安裝凹槽尺寸優(yōu)化調(diào)整去除0.3mm余量,對金屬O型圈壁厚及鍍層進行改進,在相鄰的兩個螺栓孔之間分別增加一個M17的螺紋孔并規(guī)范安裝流程等方式,減小了主體材料由于螺栓夾緊時周向受力不均勻而導(dǎo)致的局部變形,使得接頭左右半體間的密封性能得以保證。綜合考慮材料高溫膨脹性能以及安裝時的配作間隙,采用盤根環(huán)組合的密封方式,可以保證密封舌在運行工況下的密封性能。單向閥的開度限位在50mm時,裝置的內(nèi)部流動較為穩(wěn)定,且湍動能損失量較小,可以獲得較高的采油效率。湍動能耗散最大的部位處在單向閥的流體擾流部位,在設(shè)計時應(yīng)該盡量增大單向閥閥口處過度端面的錐角,并提高球閥的表面加工精度,這為裝置在降低能量損失方面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。2.對42CrMo鋼進行激光沖擊強化的實驗研究和數(shù)值模擬。采用激光沖擊強化技術(shù)對42CrMo鋼進行表面處理,并通過材料硬度和殘余應(yīng)力的測量探究激光沖擊強化的效果。通過ANSYS/LS-DYNA軟件建立42CrMo鋼激光沖擊強化的有限元模型,模擬沖擊壓力波作用過程及其形成的殘余應(yīng)力場,最后將實驗和模擬結(jié)果進行對比分析。研究表明:激光沖擊強化對42CrMo鋼硬度、殘余壓應(yīng)力的提高具有顯著效果,硬度的影響層可達到0.6-0.7 mm,殘余壓應(yīng)力的影響層可達到0.65 mm左右。通過模擬結(jié)果可知,沖擊波作用在材料內(nèi)部可形成穩(wěn)定的殘余應(yīng)力場。Von Mises應(yīng)力值、殘余應(yīng)力值均隨著沖擊能量的增大呈現(xiàn)增大的趨勢,其中8J與6J雙次能量沖擊效果基本相同。殘余壓應(yīng)力在深度方向可影響0.48 mm。由于模擬過程中本構(gòu)模型經(jīng)過了簡化處理,且采用的是單點沖擊,而實測值是多點搭接沖擊,且在測量殘余應(yīng)力前對材料的前期處理已經(jīng)產(chǎn)生了一定大小的殘余應(yīng)力。因此,數(shù)值模擬與實驗值之間存在差距符合理論常理,二者在說明激光沖擊強化能提高42CrMo鋼材料內(nèi)部的殘余壓應(yīng)力方面具有一致性。3.對激光沖擊強化前后的42CrMo鋼進行高溫腐蝕實驗和電化學(xué)腐蝕實驗。采用高溫腐蝕、電化學(xué)腐蝕兩種方式探究激光沖擊強化對42CrMo鋼耐腐蝕性能的影響。通過觀察材料表面微觀腐蝕形貌并測取能譜圖衡量材料高溫抗腐蝕效果。通過測量電化學(xué)極化曲線,并觀察電化學(xué)實驗后材料的微觀腐蝕形貌分析電化學(xué)腐蝕效果。研究表明:激光沖擊強化處理后,42CrMo鋼高溫耐腐蝕性能得到提高。材料表面僅出現(xiàn)一些微裂紋的擴展,表層裂紋深度也相對較淺,表面氧化膜幾乎未見脫落。激光沖擊對42CrMo鋼材料表面進行強化后,材料整體的耐腐蝕性能得到了明顯的提高。極化曲線的腐蝕電位總體上發(fā)生正向移動,腐蝕電流與原試樣相比也有所降低,說明腐蝕傾向變小。阻抗譜的分析結(jié)果也顯示激光沖擊后阻抗弧的半徑增大,說明耐腐蝕性能得到改善。材料的微觀形貌圖也可以看出激光沖擊后材料的腐蝕坑班數(shù)量減少,坑班深度變淺,材料整體的腐蝕程度變輕。極化曲線的測量以及電化學(xué)腐蝕后材料表面微觀形貌的測量結(jié)果,二者在說明激光沖擊強化能提高42CrMo鋼材料耐腐蝕性能方面具有一致性。
【關(guān)鍵詞】：智能轉(zhuǎn)換 密封性能 耐腐蝕性 激光沖擊強化 高溫腐蝕 電化學(xué)極化曲線
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE93
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 目的和意義12-13
• 1.2.1 研究目的12
• 1.2.2 研究的意義12-13
• 1.3 應(yīng)用與技術(shù)現(xiàn)狀13-16
• 1.4 研究難點16
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)及主要研究內(nèi)容16-19
• 第二章 智能轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計研究理論基礎(chǔ)19-37
• 2.1 引言19
• 2.2 機械設(shè)計相關(guān)支撐理論19-23
• 2.2.1 密封技術(shù)簡述19-22
• 2.2.2 主體材料表面強化處理技術(shù)22-23
• 2.3 數(shù)值分析相關(guān)理論基礎(chǔ)23-26
• 2.3.1 控制方程23-24
• 2.3.2 湍流模型24-26
• 2.3.3 近壁區(qū)的流動計算26
• 2.4 激光沖擊強化的基礎(chǔ)理論26-32
• 2.4.1 激光沖擊強化原理26-27
• 2.4.2 沖擊波對材料的作用過程27-29
• 2.4.3 激光沖擊誘導(dǎo)殘余應(yīng)力場的形成29-30
• 2.4.4 激光沖擊強化數(shù)值模擬過程簡述30-31
• 2.4.5 LS-DYNA中動力學(xué)有限元方程的求解算法31-32
• 2.5 高溫腐蝕和電化學(xué)腐蝕相關(guān)理論32-35
• 2.5.1 高溫腐蝕熱力學(xué)機理32-34
• 2.5.2 電化學(xué)腐蝕機理34-35
• 2.6 本章小結(jié)35-37
• 第三章 Y接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計37-45
• 3.1 引言37
• 3.2 Y接頭設(shè)計要求37
• 3.3 Y接頭工作原理37-39
• 3.4 Y接頭的總體設(shè)計39-43
• 3.4.1 主要部位尺寸設(shè)計39-40
• 3.4.2 主要部位密封結(jié)構(gòu)設(shè)計40-42
• （1）密封舌與密封滑道間密封41
• （2）左半主體與右半主體間密封41
• （3）密封舌與測試通道間密封41-42
• 3.4.3 裝置主體材料的選擇42-43
• 3.4.4 裝置主體材料表面處理43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 第四章 Y接頭性能驗證試驗及分析45-69
• 4.1 Y接頭常溫功能驗證實驗45-49
• 4.1.1 實驗方案45-47
• 4.1.2 數(shù)據(jù)分析及總結(jié)47-49
• 4.2 Y接頭常溫高壓密封試驗49-59
• 4.2.1 實驗設(shè)備及思路49-50
• 4.2.2 實驗方案50-54
• 4.2.3 數(shù)據(jù)分析與階段性實驗總結(jié)54-56
• 4.2.4 Y接頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化56-57
• 4.2.5 結(jié)構(gòu)改進后的高壓密封性能實驗57-59
• 4.2.6 實驗小結(jié)59
• 4.3 高溫功能性及密封性實驗59-64
• 4.3.1 實驗思路及目的59-60
• 4.3.2 實驗裝置及設(shè)備60
• 4.3.3 實驗方案60-63
• 4.3.4 數(shù)據(jù)分析63-64
• 4.3.5 高溫實驗總結(jié)64
• 4.4 單向閥不同開度下 Y 接頭內(nèi)部流場的有限元分析64-68
• 4.4.1 有限元模型的建立65
• 4.4.2 邊界約束與加載方式65-66
• 4.4.3 計算結(jié)果與分析66-67
• 4.4.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 第五章 42CrMo鋼激光沖擊實驗及數(shù)值分析69-91
• 5.1 激光沖擊強化試驗裝置與材料69-71
• 5.1.1 激光沖擊試驗裝置69-70
• 5.1.2 試驗材料制備70-71
• 5.2 激光沖擊強化后性能測試71-76
• 5.2.1 激光沖擊強化后材料硬度的測量71-73
• 5.2.2 激光沖擊強化后材料殘余應(yīng)力的測量73-76
• 5.3 沖擊強化材料數(shù)值模擬的模型參數(shù)構(gòu)建以及邊界條件的設(shè)置76-80
• 5.3.1 計算模型的創(chuàng)建76
• 5.3.2 網(wǎng)格劃分和單元的選擇76-77
• 5.3.3 材料本構(gòu)模型的選定77-78
• 5.3.4 沖擊波壓力加載78-79
• 5.3.5 邊界條件及求解控制79-80
• 5.4 殘余應(yīng)力場模擬結(jié)果分析80-88
• 5.4.1 沖擊波的傳播80-84
• 5.4.2 激光沖擊過程中能量變化規(guī)律84
• 5.4.3 表面和深度方向的殘余應(yīng)力場84-87
• 5.4.4 殘余應(yīng)力場實驗值與模擬值的比較87-88
• 5.5 本章小結(jié)88-91
• 第六章 激光沖擊對 42CrMo腐蝕性能影響研究91-105
• 6.1 高溫腐蝕實驗91-97
• 6.1.1 高溫腐蝕實驗方案91-94
• 6.1.2 實驗數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析94-97
• 6.2 電化學(xué)腐蝕實驗97-104
• 6.2.1 電化學(xué)腐蝕實驗方案97-100
• 6.2.2 實驗數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析100-104
• 6.3 本章小結(jié)104-105
• 第七章 結(jié)論及展望105-109
• 7.1 本文主要研究工作及總結(jié)105-106
• 7.2 后續(xù)研究工作展望106-109
• 參考文獻109-113
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文與科研情況113-115
• 致謝115

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