Structural Design and Performance Analysis of a Deep-Water Ball Joint Seal

To overcome the current difficulties of high-precision machining and the high manufacturing and maintenance costs of spherical seals for deep-water drilling ball joints,a new spherical seal technique is proposed in this paper.The spherical seal is mainly composed of silicone rubber and polytetrafluoroethylene(PTFE).Rational structural design makes the seal independent from the ball and other components,making it easy to replace if leakage occurs at its surface.PTFE can elastically deform over a certain deformation range,which guarantees that two sealing surfaces fit tightly together.O-Ring and PTFE elasticity makes up for any lack of accuracy during spherical machining and decreases the machining precision requirements for spherical surfaces.Using a finite element technique and nonlinear theory,the performance of the spherical seal under the influence of various factors is determined.The results show that the spherical seal designed in this paper exhibits excellent sealing performance under lowtemperature and high-pressure conditions.The spherical seal,a combination of an O-ring and PTFE,has the advantages of cheap manufacturing and maintenance costs and excellent sealing performance.

富水深厚砂层中深大基坑封底加固效果模拟分析研究

针对富水深厚密实砂层中基坑的防渗和稳定性问题,多采用封底技术进行止水加固。以北京城市副中心站综合交通枢纽工程为背景,根据有限元模拟结果对比分析了封底止水加固前后基坑的防渗效果和变形特征,并通过数值模拟进一步探讨了加固厚度和承压水压力对止水加固效果的影响。结果表明,封底止水加固显著提高了基坑的防渗性能,降低了基底的隆起和地下连续墙的侧向变形。加固厚度和承压水压力的变化对封底止水加固的效果有明显影响,随着加固厚度的增大和承压水压力的减小,基底的渗流量、基底的隆起和地下连续墙的侧向变形显著减少。研究成果能为类似工程提供技术参考和理论依据。

深水半潜式生产平台电缆密封贯穿装置的设计研究

深水半潜式生产平台电缆密封贯穿装置的设计至关重要,相比以往的常规钻采平台、上部模块等设计要求更高。本文通过深水半潜式生产平台“深海一号”的建造设计经验,对深水半潜式生产平台电缆密封贯穿装置的设计有关注意事项进行总结,对指导深水半潜式生产平台电缆密封贯穿装置的设计有重要参考意义。

复杂岩溶地层地铁车站深基坑涌水灾害的声呐探测及综合治理

[目的]在佛山地区,复杂岩溶地层具有特殊性,其钙质粉砂岩地层及其破碎带极易引发地铁车站基坑涌水灾害。因而有必要采用声呐技术进行探测,并通过综合治理解决涌水问题。[方法]以佛山地铁3号线中山公园站为研究对象,从涌水险情出发,介绍了该站声呐探测方案,并基于探测结果分析了该站深基坑地下水的渗漏特性,判定了渗漏点的空间分布及其涌水灾害类型。结合基坑底部超前钻勘察成果及基坑内涌点分布特征,提出了坑外后退式双液注浆止水帷幕+坑内咬合旋喷桩基坑渗漏联合封堵方案。着重阐述了方案中后退式双液注浆、双管旋喷咬合桩以及MJS(全方位高压喷射)桩等技术的施工要点。对采用综合治理前后的代表性测孔处地下水渗流速度进行对比,以验证治理效果。[结果及结论]声呐探测技术能精准探查岩溶地层深基坑渗漏点的具体位置及其渗流场相关参量。采用后退式双液注浆、双管旋喷咬合桩及MJS桩相结合的联合封堵方案可有效解决复杂岩溶地段深基坑开挖大面积涌水渗漏技术难题。

濒临河流埋深大于四十米基坑底止水工艺及参数

改进了传统的MJS工法工艺流程中的一个步骤,把改进后的工艺流程应用于某输水隧洞盾构机接收井基坑底止水中,应用效果表明:MJS工法是适合于濒临河流、巨厚砂层中、深度超过40 m的地层中止水的工艺,具有经济、有效的优势。同时,提出了深度超过40 m地层中止水MJS工法桩的设计参数、操作要点。该结论有助于地下空间的开发利用。

直流无刷电机驱动的水下电缆绞车系统

水下电缆绞车多采用液压驱动,但液压驱动存在无效动力转换,能源使用率不高,因此直流无刷电机驱动的水下电缆绞车具有实际意义。采用直流无刷电机驱动,不仅提高了水下电缆绞车系统的能源利用率,而且改善了系统的调速性能。与直流有刷电机相比,直流无刷电机可实现充油均压密封,更有利于在水下工作。介绍了直流无刷电机驱动水下电缆绞车的组成、功能及工作原理,针对研制的专用水下直流无刷电机,重点论述了其充油密封原理和工艺,并设计了一种全新的低成本高性能驱动控制电路。该水下电缆绞车系统已初步调试完毕,试验表明各项性能良好,即将投入实际应用。它具有结构简单,工作可靠,成本低的优点,因此在实际工程应用中具有推广意义。

鄂尔多斯深盆气

鄂尔多斯盆地内石炭纪—二叠纪煤系含有机质丰富 ,演化程度高 ,不但形成了巨量的天然气 ,而且因储层致密、升降稳定、构造稀少而形成了盆地构造下倾部位天然气的大规模聚集 ,构造上倾部位则大面积含水 ,具有典型“深盆气”的特征。深盆气的主要含气层位为盒 8—本溪组各段 ,而盆地东部和北部可延至盒 5段。煤层是深盆气圈闭中的潜在储集层 ,起着“调节气库”的作用。多期砂体的叠置使深盆气的面积变得巨大 ,钻探成功率高 ,但因储集层的岩性致密 ,使自然产能低。

引流渗透控制注浆技术及涌水治理应用研究

为解决煤矿浅层松散破碎高压涌水围岩的注浆堵水技术难题,提出了引流渗透控制注浆技术,通过试验分别对C-GT浆液性能,注浆压力对围岩的破坏性,注浆管内浆液的流通性,涌水与治理区域的连通性和引流孔关闭后的影响等进行研究。结果表明：在深部引流条件下,采用下列参数封堵浅层松散破碎围岩内高压涌水是安全有效的,常温下选用P.O42.5R水泥,水泥浆液密度1.50 g/cm^3（水灰比1∶1）左右,GT浆液密度为1.20-1.50 g/cm^3,体积比控制在1∶1-3∶1,在井下高温环境中要适量添加缓凝剂;C-GT浆液初凝时间应比示踪剂连通时间长5 s左右,注浆压力控制在2.5MPa以下。当溢流孔总面积与注浆管内径面积相近时浆液流通性最好,应为注浆时控制的最高速率。

深基坑承压水降水控制施工技术

某工程由3座塔楼及裙房组成,基坑面积约21 000 m^2,基坑距钱塘江约1.5km。由于杭州钱塘江两侧地质条件较复杂,承压水位高,基坑围护采用直径850 mm的止水帷幕结构和1 m厚地下连续墙,并对基坑开挖采取了一些预防控制措施,以确保基坑安全。

海上构筑物地基自动监测系统在深水中的密封保护措施

目前海上建筑物逐渐向深水方向延伸,对深水建筑物地基土体的监测已经成为重要环节,一种新的具有水下无线传输系统的自动监测技术已成功开发应用。着重介绍在深水中自动监测系统的密封保护措施,使其能够顺利地对地基土体进行实时监测,为以后的类似工程提供工程经验和技术支持。

平头弹丸入水空泡闭合实验研究及数值模拟

用高速摄像机记录了平头弹丸低速垂直入水过程中空泡的形成、发展和深闭合、表面闭合等现象,通过动网格数值计算方法,对深闭合空泡和表面闭合空泡进行数值模拟,利用UDF自定义函数输出了表面闭合情况下弹丸的位移、速度、加速度。研究结果表明:弹丸入水过程中,液面上方水幕的闭合会产生向上与向下的两股射流,并且向下的射流在运动过程中与弹丸尾部会产生撞击,弹丸加速度产生突跃性的变化。

深水生产滑套密封设计及试验

目前常规生产滑套的密封元件大多采用橡胶制造,在滑套开启和关闭过程中,随关闭套一起移动,因而容易磨损,使用寿命短。论述了深水生产滑套对密封件的基本要求、常用几种密封材料的性能对比以及常用密封形式(V形密封组、T形密封圈和U形密封圈)。针对深水生产滑套面临的复杂工况,结合各种密封圈的密封特点设计了密封组合,并介绍了密封组合的特点。分别对每个密封单件进行压力测试,并对密封组合反复进行承压能力测试。测试结果表明,在温度150℃、压力60 MPa的工况下,V形密封组、U形密封圈及T形密封圈单件承压稳定,密封性能良好;在同样工况下长达300 h的介质浸润过程中,密封组合能正常运动50次并密封住60 MPa的压力。因此,密封结构设计合理,能满足深水生产滑套的工况要求。

围堰封底混凝土与钢管桩粘结力模型试验研究

目前跨江河大桥常采用围堰进行下部结构施工，围堰主要靠钢管桩和封底混凝土之间的粘结力抵抗水浮力和其他荷栽，为研究围堰封底混凝土与钢管桩间粘结力的主要影响因素，并得到粘结力的可靠取值，制作了4组9个围堰封底混凝土与钢管桩粘结力模型。模型中部采用中空钢管模拟钢管桩，下部的封底混凝土按现场施工工艺浇筑，在钢管桩上部设置反向牛腿与下部封底混凝土构成自平衡加载体系，中间采用千斤顶模拟实际围堰的受力状况进行分级加载试验，并进行了仿真计算分析。结果表明：C25封底混凝土粘结力为0．3～0．54MPa，目前设计使用的粘结力经验值偏安全；混凝土强度等级越高，粘结力越大；封底混凝土厚度与钢管桩直径的比值对粘结力影响不明显；施工工艺和钢管桩表面状态对粘结力影响较大。

真空预压超软弱土下卧透水层新密封方法探讨

针对真空预压工程中超软弱土下卧透水层传统密封处理方法存在的费用高、密封效果差、危险性高等缺点,提出采用由改装地质钻机施打泥浆搅拌桩这一新方法,可解决超软弱土下卧透水层止水密封难题。结合广州中船龙穴造船基地某软基处理工程实际应用,通过与传统处理方法密封效果、处理成本、工期等对比,表明该方法简单高效,成本较低,具有较高的推广应用价值。

深水测试防喷阀主密封副接触特性研究

为探讨深水测试防喷阀的阀座结构和密封副材料对密封性能的影响,考虑O形密封圈和流体静压对密封力的影响,建立深水测试防喷阀密封力学模型,分析在测试作业中的密封力学特性。建立密封结构的有限元模型,分析密封槽位置、密封面宽度、材料弹性模量、摩擦因数对密封比压和密封面上Mises应力的影响规律,并通过理论公式验证分析模型的正确性。研究表明:随着密封槽离密封面距离的减小,密封面中径附近的密封比压和Mises应力均增大,随着密封面宽度的增加密封比压和Mises应力均减小;阀座材料的弹性模量对密封比压和Mises应力的影响很小;随着摩擦因数的增大密封比压减小而Mises应力增大,当摩擦因数超过0.8后对密封比压和Mises应力的影响很小。研究表明,密封槽位置、密封面宽度和摩擦因数能够局部调节密封比压分布和密封面上的Mises应力分布。

基于压力自适应平衡的深海气密采水系统

深海海水中的气体研究是当前海洋科学研究的前沿课题,而如何快速地采集到能真实反映原位气体成分组成信息的海水样品,是近几年来海洋技术领域研究的热点与难点。现有常规的采水器主要用于采集水样,很少考虑气体的保存,不能满足深海海水中的气体研究的要求。为此,利用压力自适应平衡技术和有效可靠的密封方法,研制开发出一套新型深海气密采水系统,很好地解决了上述问题。根据流体力学知识,建立了深海气密采水器的压力自适应平衡器容积变化模型,指出压力自适应平衡器容积约要大于等于气密采水器容积的12.24%,而且静水压力越大、温度变化越大,压力自适应平衡器容积就要越大。采用聚四氟乙烯包覆O形圈来实现压力自适应平衡腔与活塞之间的密封是种有效可靠的动密封方式。通过实验室气密性试验和第一次海试验证了深海气密采水系统设计的可行性。

尼日尔三角洲E背斜顶部断裂演化机制及封闭性

尼日尔三角洲深水区E油田背斜顶部发育大量密集断层,多数断层倾向一致呈多米诺式排布,活动机制和期次不清楚,对油水的分隔作用不明确。基于构造解析思想,通过构造平衡剖面和古构造图回剥技术研究E背斜的轴面迁移过程,结合断裂成核理论明确断裂活动期次和机制,进而划分断裂系统,指导断裂的封闭性评价。提出深水背斜顶部正断层重力滑动的演化机制,确定多米诺式正断层与背斜轴面迁移的多期次对应关系。E构造共分为4个演化阶段,发育7类断裂系统,其中三个期次的重力滑动断阶(阶梯式)断层为本区独有的特殊构造,在古背斜背景下受控于重力作用变形。逆冲断层和多期活动断层的封闭趋势强,重力滑动断阶断层具有潜在封闭性,而晚期伸展断层不具有封闭能力,筛选出16条潜在封闭断层。确定本区断层弱封闭SGR临界值为8%,完全封闭临界值为20%,评价结果显示:其中8条断层完全封闭,能够将断层两盘分隔为不同油水单元,4条断层具有弱封闭能力,不分隔油水,仅影响注水受效,从而指导油田的钻井和注采方案设计。

止水帷幕和管井降水在深基坑支护中的应用

结合在武汉三金.鑫城国际C地块1号基坑处理的施工经验,介绍了粉喷桩止水帷幕和管井降水的的方案选择、设计以及施工要点,取得了很好的应用效果,从而达到了基坑稳定性要求,可供类似工程参考。

在动水作用下基坑支护设计实例

介绍广州珠江边动水作用下某基坑支护设计过程,指出在深厚砂层中可以利用三重管旋喷桩作为基坑止水帷幕,并可通过对旋喷桩工艺的改进来达到有效提高其可靠性的目的,为类似工程提供参考。

高压大直径深水模拟试验舱自适应密封设计与分析

为解决海洋深水高压模拟试验舱在大直径(2 500 mm)、高压(40 MPa)下的密封问题,基于双筒式结构受内压后内外层变形协调机理,设计了一种新型自适应膨胀式密封装置。根据推导的自适应膨胀式密封的径向补偿间隙理论计算公式,确定了既定密封圈厚度、高压舱舱体与膨胀圈的主体尺寸以及初始径向间隙值,在此基础上开展了高压大直径深水模拟试验舱自封式密封效果数值模拟与密封性能试验检测,结果表明所设计的自适应膨胀式密封装置能满足额定工作压力下高压舱的径向密封与端面密封要求,采用自适应膨胀密封设计的高压大直径深水模拟试验舱能够满足最高52.5 MPa试验压力下的密封要求。