锥形防喷器密封性能分析及结构改进

以FH18-35GK锥形防喷器为研究对象,根据锥形防喷器工作原理,推导活塞的最大行程和锥形胶芯最大挤胶量计算公式;通过单轴拉伸和压缩实验,确定胶芯材料的本构模型为Yeoh模型,建立锥形防喷器的三维模型,运用CAE仿真软件模拟锥形防喷器工作时胶芯的力学行为,分析胶芯和支撑筋的应力及接触压力的分布规律。结果表明:活塞达到最大行程时,胶芯的最大应力分布在胶芯上部隆起位置的前段,支撑筋的最大应力分布支撑筋中板块与胶芯接触的圆角处和支撑筋下板块与活塞接触处;胶芯中部平整区是主要的密封区域,但FH18-35GK锥形防喷器胶芯中部主要密封区域的接触应力较小,不能有效密封钻杆。通过增大密封长度和胶芯锥角,对FH18-35GK锥形防喷器胶芯结构进行优化改进。结果表明:优化后胶芯和支撑筋的最大应力虽增加,但均在材料的屈服极限内,而胶芯和钻杆之间的接触应力增加了约42%,有效增强了锥形防喷器的可靠性。