井下设备密封环泄漏预测计算方法研究

《井下设备密封环泄漏预测计算方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文井下设备密封环泄漏预测计算方法研究RESEARCHONCALCULATIONMETHODOFLEAKAGEPREDICTIONFORSEALRINGINDOWNHOLEEQUIPMENTS李鑫哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP391.73学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开工学博士学位论文井下设备密封环泄漏预测计算方法研究博士研究生：李鑫导师：李哲教授副导师：刘文剑教授申请学位：工学博士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classi

2、fiedIndex:TP391.73U.D.C:621.7DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONCALCULATIONMETHODOFLEAKAGEPREDICTIONFORSEALRINGINDOWNHOLEEQUIPMENTSCandidate：LiXinSupervisor：Prof.LiZheDeputysupervisor：Pro.LiuWenjianAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecia

3、lity：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要密封环是井下设备中最常用的密封元件之一，随井下设备一起承受高温高压环境的考验。除了受到恶劣的井下环境影响，井下设备中的密封环有时还需要完成特殊的密封任务而需要设计新的密封环结构。依靠常规的设计经验难以对井下设备密封环的密封性能做出

4、准确的预测。泄漏量是能够直接反映密封环密封性能的指标，通过实验方法能够准确预测密封环的泄漏量变化规律。但是考虑到在地面模拟井下高温高压环境既复杂又浪费成本，采用实验方法预测密封环泄漏量并不具有普遍性。随着计算机技术的不断发展，数值计算方法在密封性能分析领域得到了广泛的应用。与物理实验方法相比，数值计算方法具有节约成本、可获得难测量物理参数的优势。为了使密封环泄漏预测计算方法能够在井下设备中获得更普遍的应用，本文基于数值计算方法对井下设备中的密封环泄漏预测计算方法进行了研究。在论文开始部分，首先对课题的研究目的和意义进行了阐述，对与

5、课题相关的国内外研究现状进行了综述，总结分析了每个领域的发展现状和尚待进一步完善的工作，最后，提出了本文的研究内容。研究了井下设备静密封环泄漏预测计算方法。建立了井下设备静密封环泄漏预测计算方法的总体框架，给出了框架中各模块的功能及模块间参数传递关系。基于分形理论，建立了静密封环与对偶件局部接触有限元模型。建立了井下设备静密封环泄漏预测模型，基于渗流理论和弹性体接触理论给出了井下设备静密封环泄漏预测计算方法的实现流程。对不同材料、不同形状的静密封环在不同环境下的泄漏量进行了预测分析，并通过实验验证了其正确性。研究了井下设备动密封环

6、在全膜润滑状态下的泄漏预测计算方法。建立了井下设备动密封环在全膜润滑状态下的泄漏预测计算方法总体框架，给出了框架中各个模块的功能及参数传递关系。建立了井下设备动密封环在全膜润滑状态下的泄漏预测模型。建立了动密封环的结构有限元模型，引入非牛顿流体界面单元，基于弹性流体动力学求解方法和有限元计算方法对动密封环流固耦合问题进行了求解，给出了井下设备动密封环在全膜润滑状态下的泄漏预测计算方法实现流程。对不同材质的动密封环在不同环境、不同相对运动速度下的泄漏量进行了预测，通过实验证明了预测方法的正确性。研究了井下设备动密封环在混合润滑状态下

7、的泄漏预测计算方法。建立了I哈尔滨工业大学工学博士学位论文井下设备动密封环在混合润滑状态下的泄漏预测计算方法框架，给出了框架中各个模块的功能及参数传递关系。给出了动密封环在混合润滑状态下的名义动摩擦系数概念。建立了动密封环瞬态热固耦合模型。基于有限元网格划分技术，提出了用于动密封环磨损仿真的网格重构技术，并在此基础上建立了动密封环磨损仿真方法。基于逆润滑方法和直接润滑方法，给出了井下设备动密封环混合润滑状态下泄漏预测计算方法的实现流程。对不同材质的动密封环在不同活塞杆运动速度下的泄漏量进行了预测，通过与实验结果验证了预测方法的正确

8、性。对模拟井下工况中随钻压力测量装置内的密封环泄漏预测计算方法进行了应用研究。介绍了随钻压力测量装置的功能、结构以及内部液压系统的驱动方案。以推靠组件近端面动密封环和探头组件端面静密封环为例进行了泄漏量预测分析，给出了动密封环的最佳压缩率，还给出了