帶壓作業(yè)的閘板防噴器膠芯密封結(jié)構(gòu)多采用組合密封,橡膠基體和耐磨塊的材料特性同時影響膠芯的密封性能。為了分析閘板膠芯的材料參數(shù)對其密封性能的影響,選擇膠芯密封面上的有效接觸應力和橡膠基體上最大應變能密度作為密封性能的評估指標,基于正交試驗法分析影響閘板防噴器膠芯密封性能的主次因素及規(guī)律,建立了材料參數(shù)與有效應力之間的多元完全二次非線性回歸模型,并分析了各參數(shù)的交互作用。分析結(jié)果表明:各因素對密封面上有效接觸應力和橡膠基體上最大應變能密度的敏感性大小順序為操作壓力>耐磨塊彈性模量>橡膠基體硬度>耐磨塊泊松比;建立的多元回歸模型的擬合剩余標準差分別為0. 513 0和0. 314 1,可以用該模型精確地分析材料參數(shù)與膠芯密封性能的關系;組合式閘板防噴器膠芯耐磨塊最佳彈性模量為700～800 MPa,泊松比為0. 40～0. 47。所得結(jié)果可為組合式閘板防噴器膠芯的材料參數(shù)設計提供依據(jù)。 

【文章來源】：石油機械. 2020,48(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

各因素間的交互作用對橡膠基體應變能密度的影響

在帶壓作業(yè)過程中，閘板膠芯的密封是動靜交替密封[9]，其密封原理如圖1所示。膠芯密封原理:操作壓力po推動左、右閘板，使閘板克服流體介質(zhì)壓力向管柱中心移動，閘板膠芯的圓弧密封面首先與管柱接觸。膠芯的圓弧密封面被擠壓變形后，膠芯的平面密封面接觸。在操作壓力po的作用下，閘板膠芯的圓弧密封面和平面密封面同時被擠壓變形，直到推動閘板的操作壓力、密封面接觸力的反力和閘板運動阻力達到平衡，實現(xiàn)密封。由于閘板防噴器自身的結(jié)構(gòu)特點，流體介質(zhì)壓力會作用于閘板，產(chǎn)生助封力pw。一般認為，當密封面的接觸應力大于井內(nèi)流體介質(zhì)壓力時就可實現(xiàn)密封。2 閘板膠芯密封性能計算

對膠芯與管柱之間的非線性接觸問題進行有限元分析，獲得正交試驗的試驗指標值。以通徑73.0mm的帶壓作業(yè)閘板膠芯為研究對象，各接觸對的接觸算法采用罰函數(shù)，接觸類型為面-面接觸，各接觸對間的參數(shù)設置見文獻[16]。對膠芯進行網(wǎng)格劃分，橡膠基體采用四面體線性C3D4H單元，耐磨塊采用六面體減縮單元C3D8R，同時對耐磨塊圓弧面進行網(wǎng)格細分。管柱為解析剛體，不需對其進行網(wǎng)格劃分。閘板墊片設置為離散剛體，采用R3D3單元。膠芯三維有限元模型如圖2所示。根據(jù)帶壓作業(yè)閘板防噴器膠芯的實際工況，將管柱設為全約束，管柱軸線與y軸重合，閘板沿z軸移動，約束其他方向的自由度。閘板設置兩個方向的約束，使它只能在徑向上運動，膠芯兩端約束x方向自由度。假設井內(nèi)流體介質(zhì)壓力作用于閘板，在z方向產(chǎn)生的助封力為5 MPa。分析步分為3步:(1)沿z方向在兩閘板的后平面施加操作壓力;(2)沿z方向在兩閘板的后平面施加助封力;(3)沿y方向在閘板下表面及膠芯凸出閘板殼體以外區(qū)域加載井內(nèi)流體壓力。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3448342