超高压压裂管汇由壬接头预紧特性分析

针对超高压压裂管汇由壬接头安装预紧力不当导致结构破坏或密封泄漏的问题,以某公司研制的175 MPa超高压由壬接头为研究对象,利用ABAQUS建立由壬接触模型,采用有限单元法对该接头进行应力分析与强度评定以及密封性能判定。结果表明:预紧力大小对母由壬应力几乎没有影响,对公由壬、翼型螺母和三瓣挡圈应力有显著影响,且都呈现正相关性,影响程度从高到低依次为公由壬、翼型螺母、三瓣挡圈和母由壬;额定工况下预紧力超过250 kN时,公由壬轴肩圆角处应力超过其材料许用应力,结构静强度不满足要求可能会发生结构破坏;预紧力小于150 kN时,不足以抵抗内压作用,公由壬和母由壬球头锥面密封结构分离;在能够确保球头锥面密封性和结构安全性的150~250 kN预紧力范围内,氢化丁腈橡胶(HNBR)密封圈表面接触应力始终大于实时流体工作压力,密封圈密封性能良好。推荐安装预紧力范围为150~250 kN,在该范围内密封圈结构的静强度以及密封性均能满足要求。

Y型管式油水分离结构分离特性仿真分析

管式油水分离技术具有占地面积小、分离效率高、成本低等优点,基于管式油水分离原理,设计一种Y型管式油水分离结构,利用Fluent数值模拟软件,采用标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型,对Y型管内部流场特性以及外部参数对分离效率的影响进行了研究。结果表明,Y型管对流体扰动小,内部流场特性稳定不易产生涡流,能够实现油水分离,支管与主管交汇处存在油水分离现象;油水分离效率随着油滴粒径的增大而逐渐提高,油滴粒径越大越利于油相上浮聚集在Y型管上层,能有效提高油水分离效率;入口速度对油水分离效果的影响很大,速度越大,油相上浮时间越短,Y型管的分离效率越低;分离效率随支管分流比的增大而增大,当入口速度为0.5 m/s时,分流比超过0.4后,分离效率不再增加。研究结果为油水分离提供了新思路,可为Y型管的设计提供理论参考。

阻尼层敷贴法对钻井振动筛降噪效果的影响

针对钻井振动筛工作噪声问题,提出了在钻井振动筛筛箱侧板敷贴阻尼层以减弱其噪声辐射的方法。通过筛箱振声模型,采用有限元法和模态应变能法对侧板敷贴阻尼前后的振动模态和侧板声辐射进行分析,利用COMSOL进行仿真求解,比较分析了不同材料、不同厚度的阻尼层对筛箱表面噪声辐射的影响。研究表明,表面阻尼结构能减弱噪声辐射;敷贴较硬的材料能对侧板起到一定的振动约束作用;需要根据材料属性选取最佳厚度,达到最佳减振降噪效果。

外笼套式节流阀气动噪声特性分析及优化

为解决外笼套式节流阀在生产过程中产生的高噪声问题,采用大涡模拟对外笼套式节流阀流场进行模拟计算。从流场特征角度分析气动噪声产生的机制,并基于此提出结构改进方法。通过Box-Behnken响应面设计,以改进结构的孔径、孔数和孔长为优化变量,以监测点总声压级为优化目标,开展降噪结构优化设计。结果表明:节流孔结构突变使流体介质在阀门下游形成多尺度多样化复杂流动,结构改进后流场内压力和速度脉动减小,湍化程度降低,具有二次节流和降噪效果;孔径的变化对监测点总声压级响应值的影响最为明显;对应流道模型的数值模拟结果与系统预测响应值之间的误差为1.19%,验证了BBD响应面法优化结果的可靠性;优化后节流阀总声压级下降了13.1 dB,达到了预期的降噪目的。

基于DPM模型的变径管冲蚀磨损分析与结构改进

针对变径管冲蚀失效的问题,基于DPM模型、Realizeble k-ε模型和颗粒磨损方程对变径管进行数值模拟计算,分析流速、颗粒直径、质量流量、过渡倾角、改进后过渡圆角对变径管的冲蚀磨损规律和改进后变径管的性能。结果表明:过渡段与小径管相贯处冲蚀磨损最为严重;随流速、质量流量的增大和颗粒直径的减小,最大冲蚀速率逐渐增大,其中受流速的影响最大。过渡倾角由5°增加至35°,最大冲蚀速率在9.32×10^(-5) kg/(m^(2)·s)上下波动;由35°增加至85°,最大冲蚀速率整体上升、后大幅度下降;80°~85°时,最大冲蚀速率较小且受各因素的影响很小,尤其等于85°时,其最大冲蚀速率降低了23.5倍。结构改进后过渡圆角7.5~15 mm变径管的最大冲蚀速率小于改进前变径管,且冲蚀分布比较均匀;随过渡倾角的增大,结构改进后过渡圆角2.5~15 mm变径管与改进前变径管相比,管内最大压力相差逐渐减小,且改进后管内最大压力及应力均低于改进前变径管,管内压力最大降低了2.25倍。该结果可为实际作业中变径管的选用及结构设计与优化提供参考。

直角弯管结构改进及冲蚀磨损特性分析

为减小弯管的冲蚀磨损,改进普通弯管结构形成弧形、梯形和矩形弯管,利用Fluent中DPM模型、湍流模型和冲蚀磨损模型对4种弯管进行数值模拟计算。结果显示:弧形、梯形和矩形弯管的抗冲蚀性能较普通弯管分别提高14.54%、3.73%、12.38%,4种弯管的冲蚀分布均呈现椭圆形和V形形貌,冲蚀磨损相比于普通弯管明显减轻;4种弯管的最大冲蚀速率随流速、含砂量的增加而增加,但冲蚀区域不随流速、含砂量的变化而变化,不论流速、含砂量为何值,弧形弯管最大冲蚀速率<矩形弯管<梯形弯管<普通弯管;弧形底长、弧形高度、排列间隔三个因素对弧形弯管最大冲蚀速率的影响为弧形高度>排列间隔>弧形底长;弧形弯管抗冲蚀性能最佳组合为弧形底长3 mm、弧形高度2 mm、排列间隔3 mm,抗冲蚀性能较普通弯管提高22.60%。该结果可为弯管的冲蚀防护和结构设计提供新思路。

电站调节阀阀体结构参数对流阻特性的影响

为了系统研究阀体结构参数对调节阀流阻特性的影响,采用数值模拟的方法,建立电站调节阀阀体模型,结合正交试验设计,研究调节阀阀体不同结构参数对流阻特性的影响。结果表明:调节阀阀体的结构参数对流阻系数的影响程度依次为上腔半径>下腔高度>上腔高度>阀体半长>下腔半径>中腔半径,同时再对阀体的入口角度进行优化分析,得到入口角度越小,流阻系数越小。通过正交实验优化和入口角度优化后得到的最优结构,其流阻系数与原结构相比降低了19.45%,且流量特性曲线也更加理想。研究成果能够为套筒式调节阀的结构优化提供理论支持。

基于4-PSE并联机构的地质沉积模拟平台运动学分析

地质沉积模拟平台是定量研究地质沉积理论的重要装置。为满足沉积模拟大型化、精细化和定量化的研究需求,基于4-PSE并联机构设计一种可进行全方位调姿运动的地质沉积模拟平台,对其运动学特性进行研究。结合模拟平台的工作原理,对4-PSE并联机构的自由度进行计算,推导模拟平台的运动学方程。在ADAMS软件中建立模拟平台的虚拟样机模型,利用运动学仿真结果对其运动学参数进行理论验证。分析模拟平台的工作空间约束条件,求得其工作空间,绘制相关结构参数对工作空间的影响曲线。研究成果为后续地质沉积模拟平台的多块平台组合系统实验提供了理论基础。

液固两相流对高压活动弯头的冲蚀磨损研究

为探究水力压裂作业中各因素对活动弯头的冲蚀磨损规律,基于液固两相流理论,利用FLUENT软件研究压裂液流速、颗粒质量流量、颗粒直径、安装角度、公称直径、连接长度、曲率半径对活动弯头冲蚀速率的影响。结果表明:活动弯头易冲蚀区域主要集中在弯头外侧,其最大冲蚀速率和平均冲蚀速率随流速、颗粒质量流量、颗粒直径的增大而增大,随安装角度、公称直径的增大整体上逐渐减小,安装角度位于90°~180°时,最大冲蚀速率和平均冲蚀速率较小且变化平缓;随曲率半径的增大,最大冲蚀速率整体上先减小后增大,平均冲蚀速率逐渐减小;连接长度对最大冲蚀速率和平均冲蚀速率的影响较小。研究表明,压裂液流速是导致冲蚀速率增加的主要因素,通过合理调整压裂液流速可以大大降低活动弯头的冲蚀磨损。该研究结果可为活动弯头的现场使用、冲蚀防护、结构改进及优化提供参考。

双层桨叶搅拌罐内固液混合均匀度研究

为提高工程中双层搅拌罐的搅拌均匀性,使用ANSYS Fluent,通过Euler多相流模型以及标准k-ε的湍流模型对双层桨叶搅拌罐内固液混合过程进行模拟。分析了不同转速、桨叶的直径和桨叶间距离对搅拌罐内固液混合均匀度(σ)的影响,并结合罐内速度对固液混合过程进行定量分析。结果表明:当转速低于300 r/min时,搅拌罐内不会出现均匀悬浮,当转速为300、400 r/min时,出现完全离底悬浮,继续增大转速反而降低搅拌效果;当桨叶直径为0.5D(D为搅拌罐内径)时,搅拌罐内固相分布均匀性好;当桨叶距离为390 mm,J_(1)型桨叶的固相有较好的悬浮,当桨叶距离为440 mm,J_(2)型桨叶的固相有较好的悬浮;当距离大于440 mm时,固相大多沉积在搅拌罐底部;桨叶直径和桨叶数量对σ几乎没有影响,转速对σ影响较大;在J_(1)型桨叶组合,转速为400 r/min、桨叶距离为390 mm时的σ最低;在J_(2)型桨叶组合,当转速为300 r/min、桨叶距离为440 mm时的σ最低;转速为300 r/min时J_(2)型桨叶搅拌更好,转速为400 r/min时,J_(1)型桨叶搅拌更好。在最佳参数组合下,搅拌24 s即可达到最好的搅拌效果。

高压活动弯头拆卸装置设计

高压活动弯头在石油、化工等行业应用广泛,而弯头内部滚珠易受流体颗粒影响而磨损。为保证高压活动弯头正常工作,需定期将其拆卸并更换内部滚珠。文章针对传统人工拆卸弯头效率低、浪费人力等问题,设计出一款可以实现对不同型号弯头进行拆卸的高压活动弯头拆卸装置,重点对拆卸装置的结构和工作原理进行了介绍,并通过三维模型动画演示和理论分析验证了设计的可行性。该装置使用便捷、高效,符合当前市场的需求。

基于SolidWorks的行星架有限元分析及优化设计

采用SolidWorks软件对行星架进行三维建模和有限元分析,并以行星架质量最轻为优化目标、以左右壁厚度、连接板与左右壁之间的圆角半径、连接板内径为设计变量、以强度和刚度为约束条件进行了优化设计,优化后的行星架质量减轻了25.95%,结构参数更加合理。

超高压压裂泵泵头体自增强再处理研究

自增强技术是提高超高压压裂泵泵头体寿命的有效方法。针对自增强处理形成的残余应力易出现松弛现象,开展了对泵头体再次自增强处理的研究。分析了初始自增强处理的最佳自增强压力的计算方法,得出了最佳压力值为637.7 MPa;并计算了泵头体在最佳自增强压力作用下的残余应力及工作应力分量值。确定了泵头体危险处沿内腔十字交叉孔面法线方向的应力分量对泵头体疲劳寿命的提高或降低起主导因素。根据法向残余压应力的衰减量,研究了泵头体再次自增强处理压力及残余压应力层深度变化的规律。结果表明：当泵头体内腔残余应力衰减量达到40%~45%范围内,需要进行再次自增强处理;且实施再次自增强处理所需的自增强压力应略高于或等于初始自增强处理时的最佳自增强压力。

金属陶瓷硬密封双偏心半球阀密封性能分析

针对石油、化工等行业中阀门极易发生密封失效的问题,采用金属陶瓷作为密封件,设计了一种耐磨损、耐腐蚀的硬密封双偏心半球阀,指出软密封球阀的密封比压计算公式不适用于金属陶瓷硬密封的情况,利用赫兹弹性接触理论分析了半球阀密封副密封比压分布规律,建立了半球阀密封性能评价模型,并采用有限元方法计算了半球阀密封副密封比压。通过对比密封比压分布规律的理论分析结果和有限元结果,验证了有限元分析结果的正确性。并得到阀芯、阀座之间最大密封比压为9.55MPa,满足密封性能评价模型,说明设计的金属陶瓷硬密封双偏心半球阀密封性能良好,不会发生介质泄漏。

HPLC法测定桂枝茯苓胶囊中肉桂酸、桂皮醛和丹皮酚的含量

目的 测定成药桂枝茯苓胶囊中肉桂酸、桂皮醛和丹皮酚的含量。方法 用HPLC法，Shim-packCLC-ODS色谱柱为固定相，乙腈-0．1％磷酸溶液（30：70）为流动相；检测波长为284nm。结果 肉桂酸的线性范围为0．42～2．52mg·L^-1（r=0．9998），桂皮醛的线性范围为3．60～36．00mg·L^-1（r=0．9998）和丹皮酚的线性范围为6．05～60．5mg·L^-1（r=0．9999）。平均回收率肉桂酸为98．2l％（RSD=2．64％，n=5），桂皮醛为96＋28％（RSD=1．40％，n=5），丹皮酚为98．78％（RSD=1．49％．n=5）。结论 此方法快速、准确、适用于桂枝茯苓胶囊的含量测定，且所测三种主要成分之间无于扰。

35MPa采油井口装置大四通有限元分析与优化

采用ANSYS软件对35MPa采油井口装置大四通进行有限元分析,得到了应力分布状态,在此基础上以主壁厚、内圆角和外圆角这3个结构参数为设计变量,以重量最轻作为目标函数对大四通进行了结构优化,获得了满足强度条件下重量最轻的设计方案。结果表明,优化后的大四通重量减少了13.48%,最大等效应力降低了9.71%,可有效降低成本,提高大四通的工作可靠性。

新型挠性抗回旋PDC钻头研究

回旋是导致PDC钻头失效的主要原因, 在研究国内外抗回旋技术的基础上, 基于挠性钻头的创新思想, 设计了新型挠性抗回旋PDC钻头。该型PDC钻头由于上、下弹性环的弹性作用, 使得公、母接头之间可以倾斜一定角度转动, 井底钻具组合的倾斜不会影响钻头体, 钻头体轴线仍保持与井眼轴线重合, 不偏斜, 不与井壁接触, 从而避免回旋的产生。对挠性抗回旋PDC钻头和常规PDC钻头的运动学分析证明, 挠性抗回旋PDC钻头的抗回旋性能优良, 其工作寿命大大长于常规PDC钻头。

深井钻机K型井架的动力模型设计

动力模型试验是研究深井钻机井架的动力特性的有效方法。为制作井架的动力模型,基于相似理论分析了K型井架动力模型与原型之间的相似准则,采用量纲分析以及方程式分析法推导了井架各相似判据的相似比,并以此为依据设计出井架模型。为满足加工工艺的要求,对部分杆件的长度和截面做了适当调整,在此基础上采用有限元软件分别对井架模型和原型进行模态分析,通过对比验证,发现前6阶模态频率的最大相对误差仅为7.70%,说明井架模型能准确反映原型的动力特性,该模型的设计合理。本设计结果为深井钻机井架的模型试验打下了基础。

PDC钻头钻进过程的动态仿真

计算机软件模拟试验可对各种形式的PDC钻头在不同的岩层条件和钻井参数下进行试验。将井架、钻柱和钻头作为一个系统,建立了PDC钻头动力学模型,包括纵向振动、横向振动、扭转振动以及钻头与井壁碰撞模型。通过面向对象的编程方法,在Visual C6.0的环境下将模型实现为计算机软件。实例证明,仿真软件计算结果与PDC钻头实际工况吻合。利用该软件可在不同岩石性质和钻井参数下,对PDC钻头进行仿真,研究各种设计方案在钻进过程中的工作性能,进行分析对比,优选出较好的设计方案。

虚拟仿真软件在机械专业教学中的应用实践

该研究结合新工科建设和工程教育专业认证工程的背景,提出了将虚拟仿真软件用于机械专业教学的方法。总体介绍了机械行业虚拟仿真软件的种类、特点、功能以及适用的课程,详细阐述了SolidWorks、Ansys、Adams和Matlab这四种软件在机械原理、机械设计、机械控制工程基础等课程的应用。实践表明,将上述软件用于机械专业学生的培养,有助于提高学生的创新能力和解决复杂工程问题的能力。