组合式闸板胶芯性能的正交试验和回归分析

发布时间：2021-10-21 05:30

　　带压作业的闸板防喷器胶芯密封结构多采用组合密封,橡胶基体和耐磨块的材料特性同时影响胶芯的密封性能。为了分析闸板胶芯的材料参数对其密封性能的影响,选择胶芯密封面上的有效接触应力和橡胶基体上最大应变能密度作为密封性能的评估指标,基于正交试验法分析影响闸板防喷器胶芯密封性能的主次因素及规律,建立了材料参数与有效应力之间的多元完全二次非线性回归模型,并分析了各参数的交互作用。分析结果表明:各因素对密封面上有效接触应力和橡胶基体上最大应变能密度的敏感性大小顺序为操作压力>耐磨块弹性模量>橡胶基体硬度>耐磨块泊松比;建立的多元回归模型的拟合剩余标准差分别为0. 513 0和0. 314 1,可以用该模型精确地分析材料参数与胶芯密封性能的关系;组合式闸板防喷器胶芯耐磨块最佳弹性模量为700～800 MPa,泊松比为0. 40～0. 47。所得结果可为组合式闸板防喷器胶芯的材料参数设计提供依据。 

【文章来源】：石油机械. 2020,48(06)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

各因素间的交互作用对橡胶基体应变能密度的影响

在带压作业过程中，闸板胶芯的密封是动静交替密封[9]，其密封原理如图1所示。胶芯密封原理:操作压力po推动左、右闸板，使闸板克服流体介质压力向管柱中心移动，闸板胶芯的圆弧密封面首先与管柱接触。胶芯的圆弧密封面被挤压变形后，胶芯的平面密封面接触。在操作压力po的作用下，闸板胶芯的圆弧密封面和平面密封面同时被挤压变形，直到推动闸板的操作压力、密封面接触力的反力和闸板运动阻力达到平衡，实现密封。由于闸板防喷器自身的结构特点，流体介质压力会作用于闸板，产生助封力pw。一般认为，当密封面的接触应力大于井内流体介质压力时就可实现密封。2 闸板胶芯密封性能计算

对胶芯与管柱之间的非线性接触问题进行有限元分析，获得正交试验的试验指标值。以通径73.0mm的带压作业闸板胶芯为研究对象，各接触对的接触算法采用罚函数，接触类型为面-面接触，各接触对间的参数设置见文献[16]。对胶芯进行网格划分，橡胶基体采用四面体线性C3D4H单元，耐磨块采用六面体减缩单元C3D8R，同时对耐磨块圆弧面进行网格细分。管柱为解析刚体，不需对其进行网格划分。闸板垫片设置为离散刚体，采用R3D3单元。胶芯三维有限元模型如图2所示。根据带压作业闸板防喷器胶芯的实际工况，将管柱设为全约束，管柱轴线与y轴重合，闸板沿z轴移动，约束其他方向的自由度。闸板设置两个方向的约束，使它只能在径向上运动，胶芯两端约束x方向自由度。假设井内流体介质压力作用于闸板，在z方向产生的助封力为5 MPa。分析步分为3步:(1)沿z方向在两闸板的后平面施加操作压力;(2)沿z方向在两闸板的后平面施加助封力;(3)沿y方向在闸板下表面及胶芯凸出闸板壳体以外区域加载井内流体压力。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AMESim的带压作业防喷器关闭性能仿真[J]. 马卫国,梅雪松,王炜,陈婷,卢雷.  中国安全生产科学技术. 2018(10)
[2]基于正交试验的高压X形密封圈结构优化[J]. 刘洪宇,王冰清,孟祥铠,陆旻,彭旭东.  润滑与密封. 2017(07)
[3]基于三维接触的滑环式旋转组合密封性能主控因素分析[J]. 祝效华,敬洋.  中国机械工程. 2017(13)
[4]新型独立式带压作业设备的研发与应用[J]. 于大伟,陈新龙,王炜,曹立明,聂先荣.  石油机械. 2017(05)
[5]基于正交试验煤岩互层顶板巷道失稳因素研究[J]. 种照辉,李学华,姚强岭,鞠明和,李冬伟.  中国矿业大学学报. 2015(02)
[6]不压井作业装置技术现状与应用分析[J]. 王炜.  石油机械. 2014(10)
[7]基于正交实验的并联机构刚度回归模型求解分析[J]. 王南,赵乘康,崔国华,高鹏.  北京工业大学学报. 2013(12)
[8]闸板防喷器可控柔性密封性能分析[J]. 任永良,贾光政,边城,李攀锋,陈振仁.  润滑与密封. 2012(06)

硕士论文
[1]带压作业闸板防喷器胶芯动密封性能仿真[D]. 陈婷.长江大学 2017



本文编号：3448342