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.

高速注采储气库井套管螺纹密封性研究

套管螺纹密封性是影响周期性高速注采作业的储库气井安全性的关键因素,因此保证储气库井的密封性完整极其重要。需要重点研究储气库井注采过程中对其套管柱密封性的影响,特别是循环注采过程中产生的交变载荷对储气库套管柱特殊螺纹接头密封结构性能的影响。基于有限元法理论,针对中国北部某储气库井所选用的特殊螺纹接头,结合储气库井实际工况和现场数据,建立套管接头螺纹有限元计算模型,研究了循环注采条件下,温度、注采压力、轴向载荷及点蚀对储气库套管螺纹密封状态的影响。结果表明,温度对套管螺纹接头的结构完整性和密封完整性影响较小,注采压力、轴向载荷和点蚀对其影响较大,需控制在一个较低值。研究可为储气库井套管柱密封失效判定及其套管柱设计提供参考。

结构参数对液压旋转接头密封性能的影响

为探究结构参数对液压旋转接头间隙密封性能的影响规律,分别以泄漏量和压力损失作为液压旋转接头的性能指标,研究密封有效长度、密封直径、密封间隙值3种主要结构参数对旋转接头性能的影响。采用正交试验与Fluent流体仿真相结合的方法,分析液压旋转接头间隙密封在不同结构参数下的泄漏量和压力损失情况。结果表明:3种结构参数对泄漏的影响程度由大到小依次为密封间隙值、密封有效长度、密封直径,对压力损失的影响程度由大到小依次为密封有效长度、密封直径、密封间隙值;密封间隙值大小对泄漏量影响非常显著,泄漏量随着间隙的增大呈指数增长关系,而间隙密封有效长度、环形密封直径对泄漏量无显著影响;密封有效长度对压力损失有极其显著影响,而密封直径和密封间隙值对压力损失没有显著影响;从整体上看密封间隙值、间隙密封直径、密封有效长度都大致与压力损失呈一次函数关系,且前两者与压力损失呈正相关关系,后者则与压力损失呈负相关关系。

盾构隧道管片接缝内外双道密封垫防水性能试验研究

为探究螺栓孔防水对内外双侧布置双道密封垫防水体系的影响,依托某超大直径盾构隧道工程,自主设计新型双道密封垫防水性能测试装置,开展考虑螺栓孔构造的内外双道密封垫防水体系耐水压测试。研究结果表明:1)螺栓孔对内外双侧布置双道密封垫的整体防水性能具有一定的控制作用,当螺栓孔防水能力不足时,其存在将成为内外双道密封垫防水体系的薄弱环节,可能早于内道密封垫发生渗漏,由此降低内外双道密封垫防水性能较单道密封垫的提升水平;2)当螺栓孔防水性能达到要求后,与单道密封垫相比,内外双侧布置双道密封垫防水体系的防水能力大幅提升;3)对于超大直径盾构隧道,当管片接缝采用内外双侧布置双道密封垫时,应确保螺栓孔防水性能满足双道密封垫间的协同防水要求。

开窗侧钻对钻柱螺纹应力与密封性能的影响分析

为分析开窗侧钻过程对钻柱螺纹接头强度与密封性能的影响,考虑螺纹在倒划眼和开窗侧钻时的工作状态,建立了钻柱螺纹接头三维有限元模型,分析了复杂载荷下螺纹接头应力和接触压力的分布规律,研究了不同材料和不同公差配合下螺纹接头的应力和密封性能,并与文献计算结果进行对比,验证了模型的准确性。研究表明:开窗侧钻时,螺纹接头受到的弯矩最大,主副台肩拉伸侧密封性能只有压缩侧的52.0%;倒划眼作业时,井口处钻柱受到的轴向载荷最大,外螺纹前两圈齿根应力超过屈服强度,存在断裂风险,主台肩面脱离、螺纹接头密封失效;随着材料弹性模量降低,螺纹接头在开窗侧钻时承受的弯矩减小,当材料弹性模量降至50.0%时,螺纹最大应力减小了17.0%,最小接触压力减小了19.6%;在极限公差下,螺纹接头主要由副台肩承受接触压力转变为主要由主台肩承受接触压力,副台肩应力得到改善,但密封性能完全失效。根据开窗侧钻过程中螺纹结构应力状态的研究结果,可通过改变螺纹材料和公差配合提高钻柱接头的安全性与密封性。

煤化工装置法兰接头密封泄漏评估管理系统研发

煤化工装置中螺栓法兰接头的泄漏问题一直是安全和环保管理的关键挑战。为解决此问题,文中设计并开发了涵盖了数据收集管理、密封泄露检测及修复、LEC泄漏风险评估及统计分析等功能的评估管理系统。通过该系统,可以实时监测密封泄漏、进行数据分析评估,并采用LEC评价法进行风险评估。系统业务模块面向不同管理层级的需求,有助于提高煤化工装置法兰接头密封泄漏评估管理的科学性和效率。系统致力于提高装置的密封性能、降低泄漏风险、合理配置检维修资源,从而实现装置的长周期运行。

复合皮移植联合VSD修复碾压伤致肘关节外露

目的:探讨复合皮移植联合负压封闭引流(Vacuum sealing drainage,VSD)在碾压伤伴关节外露创面修复中的临床应用效果及可行性。方法:2020年12月,笔者科室收治1例因左上肢车祸伤致皮肤坏死伴肿胀1 d的患者,入院时查体左上肢肿胀,左前臂、肘部可见约15.0 cm×20.0 cm皮肤坏死,左手感觉功能减退,桡动脉尚可触及,急诊手术探查见肘关节外露、脱位,肱三头肌自肱骨大范围撕脱,尺神经外露、移位,肘关节、尺骨外露范围约3.0 cm×5.0 cm。根据患者病史、临床表现、左上肢X线片及手术探查体征诊断左上肢碾压伤,肘关节外露。应用复合皮移植两步法联合VSD覆盖创面,自体中厚皮片移植修复皮肤缺损。结果:患者左上肢皮肤缺损处愈合良好,术后4个月复查,肘关节屈曲、伸直、旋转功能均恢复良好。结论:对于此例肘关节、骨外露创面,应用复合皮移植后可覆盖骨外露创面,大大降低了手术难度及患者的痛苦,为以后相对小面积骨外露创面的修复提供了新思路。

蜂窝与K418B高温合金电阻定位焊工艺研究

目的获得蜂窝电阻定位焊的最佳工艺参数并提高焊接接头的力学性能。方法通过正交试验法,对15mm×10mm×4.2mm的GH3536蜂窝和15mm×10mm×2.5mm的K418B基板进行系列电阻焊实验,主要的焊接工艺控制参数包括焊接电流、焊接时间和焊接压力。对焊接接头进行了抗拉强度测试,系统分析了工艺参数对接头力学性能的影响;通过光学显微镜和扫描电镜(SEM)对拉伸试样的断口形貌和失效形式进行了观测;采用电镜配套的能谱(EDS)探头对焊接接头的界面元素进行了分析。结果GH3536蜂窝与K418B基板定位焊系列接头的最高平均抗拉载荷为123.76N。接头界面处的K418B基板为细小等轴晶组织。基板与蜂窝之间存在宽度约2μm的界面层,其成分与基板相近。接头断口焊合区面积随电流的增大而增大,且在高电流下焊合区焊痕呈蝴蝶状分布。结论在电阻定位焊工艺参数中,焊接电流对接头强度的影响最为显著,其次为焊接压力,焊接时间的影响程度相对较弱。得到的最优参数组合如下:焊接时间为2 ms,焊接电流为4.5kA,焊接压力为17.5N。在该参数下能够获得最高的接头平均抗拉载荷(123.76N)。

双道密封垫分布形式对大直径盾构隧道接缝力学性能影响研究

为探究大直径盾构隧道双道防水密封垫的合理分布方式,采用考虑接缝细部构造及混凝土塑性损伤的精细化数值模拟方法,通过纵缝抗弯足尺试验验证该方法的有效性,并进一步利用精细化数值模拟对比分析密封垫双道内外分布及密封垫双道外侧分布下接缝的力学性能及防水性能。研究结果表明:1)精细化数值模拟在反映接缝抗弯性能方面具有良好的可靠性;2)接缝受压区高度、张开量及螺栓应力随弯矩增大呈现4阶段的发展模式,受压侧外缘接触一定程度提升了抗弯性能;3)轴力显著影响接缝初始抗弯刚度的保持,且轴力与初始抗弯刚度并非完全正相关,高轴力下初始抗弯刚度有一定下降;4)密封垫双道内外分布的负弯性能略优于正弯性能,密封垫双道外侧分布的负弯性能远超正弯性能;5)密封垫分布从轴力附加弯矩和核心区混凝土高度2方面影响了接缝的抗弯刚度;6)正弯矩下双道外侧防水性能优于双道内外的防水性能,而负弯矩下双道外侧防水性能较双道内外的防水性能差。由于具有更好的正弯性能以及至少有一侧密封垫受压的防水性能,密封垫双道内外分布的纵缝形式具有更好的适用性。

大直径盾构隧道内高速列车振动下管片接缝变形与防水性能仿真分析

[目的]为防治大直径盾构隧道渗漏水病害,保障高速列车行驶安全与隧道正常运营,必须对高速列车振动下的隧道管片接缝变形与防水性能进行分析研究。[方法]依托湛江湾海底隧道工程,利用有限元软件建立地层-隧道三维模型与密封垫-沟槽二维精细化模型。首先以纵缝为例研究了大直径盾构隧道内高速列车振动下管片位移动力响应与管片接缝变形特征,然后基于最不利管片接头变形工况分析了一种密封垫防水性能。[结果及结论]单列高速列车振动下管片接缝位移响应过程分为变形增加、变形危险与变形消退3个阶段;变形危险阶段管片环上部与左右两端处接缝张开且错台量较大,邻近接缝受两侧管片挤压作用张开且错台变小;轨道道床下接缝几乎无变形,轨道道床会大大减弱列车振动对管片衬砌的影响;密封垫与密封垫间接触应力呈U形分布,密封垫与管片沟槽间接触应力由中间接触部位向两边逐渐减小;相较于密封垫与管片沟槽间接触路径,密封垫与密封垫间接触面更易发生渗漏水。在本工程的最不利工况下,提供的一种三角形开孔密封垫能满足本隧道防水要求。

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。

抛物面槽式太阳能集热器球形接头测试系统的研制与应用

球形接头是抛物面槽式太阳能集热器的关键部件,针对球形接头易发生运转卡涩和导热油泄漏问题,研制了一套球形接头性能测试系统。该测试系统可以实现球形接头在旋转、摆转或旋摆联动模式下,以及在导热油温度达393℃和压力达4.1 MPa工况条件下的加速寿命测试。以导热油为传热流体,开展了球形接头在导热油温度为393℃和压力为2.3 MPa工况条件,以及温度、压力变化条件下的性能测试研究,分析了球形接头在模拟12年寿命期的扭矩特性和密封性能,验证了该测试系统运行的稳定性和可靠性,并且关键技术参数的控制精度和测量精度满足使用要求,为球形接头的性能评价提供了技术支撑。

膨胀套管接头柱面密封结构密封性能分析

为了研究影响膨胀套管接头柱面密封结构密封性能的因素,采用有限元显示动力学分析方法,对构建的膨胀套管接头柱面密封结构的膨胀过程进行有限元仿真和分析,得到了无载荷工况、内压和金属密封面初始间隙对套管接头密封性能的影响规律。结果表明:在无载荷工况下,套管接头膨胀后金属密封面间接触力为零,不具备密封性能;在0~30 MPa范围内,施加的压力越大,膨胀后金属密封面间的接触力越大,密封性能越高;金属密封面初始间隙对套管接头的密封性能影响最大,当金属密封面初始间隙在0.1~0.4 mm范围内减小时,套管膨胀后密封面上的接触力逐渐增大,柱面密封结构的密封性能逐渐提高。分析结果可为膨胀套管接头密封性能优化设计提供参考。

旋转接头机械密封端面开槽改进新技术

针对船舶领域摩擦离合器中旋转接头密封压力损失过大导致离合器打滑等问题,提出了一种能降低压力损失的端面开V形槽的机械密封,能增强旋转接头的密封性能,确保旋转接头正常工作,能减少因旋转接头密封失效而造成的旋转机械故障。首先构建了旋转接头机械密封流场数值模型,然后利用搭建的旋转接头压力损失测试试验台对模型准确性进行了验证,最后对本文提出的端面开V形槽型、微坑型、圆弧形槽型等旋转接头机械密封进行了对比分析。研究结果表明:相对于原始的无槽旋转接头机械密封,V形槽型旋转接头机械密封的压力损失最大能减小约10%,微坑型旋转接头机械密封的压力损失最大增加约4%,圆弧形槽型旋转接头机械密封的压力损失最大增加约21%。

油套管特殊螺纹接头密封结构弹塑性数值仿真与试验研究

薄壁油套管特殊螺纹加工时的管端厚度和“黑皮扣”是影响螺纹连接强度和加工效率的因素之一。应用大型通用有限元软件ABAQUS,针对薄壁油套管特殊螺纹接头管端缩口和未缩口以及中径位置调整后的密封性能进行弹塑性分析,建立了不同复合载荷条件下,中径位置优化前后结构以及缩口工艺与密封面接触压力之间的对应关系。结果表明,上扣后,结构优化前后的接触压力相差不大,压缩时,优化后的结构密封面上最大接触压力降低,接触长度增加,整个密封面上各点压力趋于平缓;而在拉伸时,优化后结构密封面上接触压力升高,分布均匀,接触长度增加,拉伸性能相对更好。缩口后的最大接触压力与未缩口时相当,但是接触长度增加,降低泄漏风险。经过试验验证,优化后的结构经过缩口,提高了管体的加工成材率,并且保证了气密封性能和螺纹连接强度,与模拟结果一致。

基于滚压成型工艺的无扩口接头静密封特性分析

针对滚压成型工艺下无扩口导管接头,将三维滚压过程简化到二维平面进行分析,建立成型扭矩及螺母预紧力矩的等效换算方程,对导管-管套接触面间的密封机理进行解析。基于无扩口导管接头二维有限元模型,对滚压接触面间的密封性能进行评价,得到四处有效密封带。同时,深入探究了滚压成型扭矩以及装配状态下介质压力对接头体密封性能的影响规律,结果表明,成型扭矩及介质压力均对接头体的密封性能具有正向作用。最后,进行了接头体在2倍工作压力下耐压试验,经检验试验件无泄漏情况,证明接头体具有良好的密封性能。

螺纹参数误差对钻杆接头密封性的影响分析

为探究钻杆接头螺纹参数极限误差对其密封性的影响,基于API NC38钻杆接头,分析了锥度、牙侧角和螺距3种螺纹参数极限误差的存在情况,建立了12种内、外螺纹极限误差组合的钻杆接头有限元模型,分析了不同误差组合的钻杆接头在上扣扭矩单独作用、上扣扭矩和轴向载荷组合作用下的密封性和应力分布。分析结果表明:螺距极限误差对钻杆接头密封性影响最为明显,且极易出现接触面屈服失效的情况;锥度极限误差使钻杆接头在受拉伸载荷时密封性显著降低;内外螺纹牙侧角极限误差变化情况相反时,钻杆接头局部出现塑性变形,影响密封效果。因此钻杆接头螺纹加工时有必要进一步控制螺纹参数的误差范围,避免出现标准规定的极限误差,降低钻杆接头密封失效的风险。研究结果可为快速、安全钻井提供技术支撑。

液压支架大通径架间管接头结构及密封形式研究

为缓解液压支架DN50及其以上管径的架间管接头处漏液问题,通过对比DN、SSKV等胶管接头形式和挤压面积,确认SSKV接头形式更能适用于大通径架间管。在分析了某案例O形圈+挡圈结构的密封形式应用在架间管接头处的弊端及其原因的基础上,将千斤顶中应用成熟的聚氨酯密封材质应用在SSKV接头形式的密封中;在样机试验、多批次应用案例基础上证明聚氨酯整体密封形式可以更好地适应架间管的SSKV接头形式。

真空腔体的螺栓法兰接头自动预紧工艺仿真

螺栓法兰接头密封的优劣直接决定了真空腔体的真空漏率的好坏。利用ANSYS Workbench仿真分析了密封圈的压缩回弹过程,获得了密封圈在受力方向上的形变与应力的数据,进而模拟分析了螺栓法兰接头对角螺栓同步8级预紧的过程,并对其预紧工艺进行了优化。仿真结果显示:在弹性变形阶段,密封圈的形变与应力之间显现线性关系;在塑性变形阶段,两者之间的关系显现非线性;在弹性回复阶段,随着密封圈形变的减小,应力先降低后升高,展现出一定的非线性特征。8级预紧工艺中前4级采用顺序预紧、后4级采用顺序与间隔交替预紧得出的螺栓残余预紧力一致性最高;在第8级预紧过程中应用变载荷能显著提高螺栓残余预紧力的一致性,从而提升了螺栓法兰接头的密封效果。

景洪水电站大坝结构横缝渗漏水下处理技术

针对景洪水电站12#—13#坝段结构横缝渗漏水问题,通过前期水下ROV检查及相关监测数据分析,项目设计采用结构横缝水下化学灌浆结合上游面水下设置表面接缝止水的方案,具体做法为采用LW/HW环保型水溶性聚氨酯灌浆材料封堵渗漏通道,并采用SR防渗体系封闭表面接缝。该做法消除了横缝渗漏,防渗效果显著。