深井工況下機械旋轉密封副泄漏分析與試驗研究.pdf

1、油氣資源依然是21世紀最重要的能量來源。但是隨著對淺層油氣資源的不斷開發(fā),淺層的油氣資源幾近枯竭,而剩余的油氣資源主要埋藏在深部地層。深部地層環(huán)境為高溫高壓環(huán)境,因此抗高溫高壓、高可靠性、高時效性的密封裝置的研究十分重要。而對密封性能的研究直接有效的方法是進行試驗,但是高溫高壓環(huán)境難以模擬且試驗成本高,因此在高溫高壓條件下多次重復模擬試驗研究缺乏可行性。
　　本課題基于流體動力學理論和分形接觸模型理論,根據(jù)密封副所處的深井下的高溫

2、高壓的工作環(huán)境,建立O形密封圈與主軸組成的旋轉密封副的泄漏率預測數(shù)學模型;同時本課題研究了深井高溫高壓工況下密封副的泄漏率與密封副的表面形貌、密封副的磨損、主軸的裝配同軸度誤差和O形密封圈初始尺寸不同時的關系;根據(jù)分形理論,使用離散元方法建立O形密封圈與主軸接觸的離散元模型;通過離散元軟件PFC2D仿真求解出密封副表面形貌參數(shù)的變化規(guī)律;根據(jù)磨損理論,使用有限元方法分別建立深井高溫高壓工況下密封副的磨損有限元模型、考慮磨損因素時的主軸安

3、裝偏心時的密封副接觸的有限元模型和O形密封副的初始壓縮率不同時的有限元模型,通過有限元軟件Ansys仿真求解出由于磨損而導致的密封副最大接觸應力和密封副的壓力梯度的變化規(guī)律,以及由于主軸安裝偏心時而導致的密封副最大接觸應力和密封副的壓力梯度的變化規(guī)律和由于O形密封圈的初始壓縮率不同時的密封副最大接觸應力和密封副的壓力梯度的變化規(guī)律。將模型的仿真后的計算結果代入密封副泄漏率預測數(shù)學模型中,求解出泄漏率的變化規(guī)律。
　　為了驗證計算機