反循环气动潜孔锤进气端分流引射接头设计及结构参数分析

为解决反循环气动潜孔锤在钻进过程中岩石重复破碎及排渣效率低下的问题,笔者基于NGQ-320反循环气动潜孔锤设计了进气端分流引射接头。该接头可实现潜孔锤供气量的动态调节,其引射结构可以将部分压缩气体引入中心通道,对井底流场产生泵吸作用的同时改善冲击机构的动力供给;同时采用CFD技术研究了分流引射接头局部流场,分析了喷射孔夹角、喷射孔开口深度、喷射孔直径和喷射孔偏转角度等参数对中心通道抽吸性能的影响,确定了各项结构参数的较优取值。结果表明,分流引射接头在喷射孔开口深度320~330 mm、喷射孔夹角30°~35°、喷射孔直径12 mm、喷射孔偏转角11°~13°的情况下具有较好的抽吸性能。

非晶薄带制备粉末技术及其特性

本文以低成本的非晶废带(成分Fe78Si9B13)为原料,使用锤击式破碎和流化床式气流磨相结合的破碎方法,通过优化工艺参数制备出了形貌呈四方形、粒径分布均匀的非晶合金粉末。在一定压力下对非晶粉末进行压制成形后再固化处理便可制成非晶磁粉芯。经测试发现,非晶粉芯在磁导率和高频损耗等方面性能良好,有望替代铁硅铝磁粉芯成为新一代磁粉芯。

基于CFD的高能射流式液动冲击器活塞与缸体密封特性研究

通过计算流体动力学分析与实验室测试,对SC-86H型高能射流式液动冲击器活塞与缸体密封特性进行研究,分析了活塞密封段长度、环状间隙尺寸、活塞往复运动速度、角速度以及活塞外表面螺旋槽螺距与半径等参数对射流式冲击器前后腔之间泄漏量的影响。结果表明:活塞密封段长度、环状间隙尺寸、角速度以及活塞表面螺旋槽螺距均对射流式液动冲击器性能影响较小;活塞运动速度与泄漏量近似成正比例关系;随着活塞螺旋槽半径的增大,泄漏量会明显增大。活塞回程与冲程初期阶段,活塞运动速度较小,活塞处瞬时泄漏量占进入缸体前后腔流体流量的比例较大,使活塞无法快速加速运动,尤其是当活塞杆直径较大时,回程阶段泄漏量对活塞运动的影响更显著,导致冲击器工作性能大幅下降,甚至无法工作。

梭式止回阀水锤防护特性的数值分析

根据梭式止回阀的结构特点和工作原理，推导出梭式止回阀的边界条件，建立了完整的用于分析水力过渡过程的梭式止回阀水锤数学模型，通过编程计算分析了2种水力过渡过程。算例结果表明：（1）为了达到较好的水锤防护特性，阀门关闭时间应在2—3s之间为宜；（2）完全关阀后逆流量为零，可以防止泵飞逸反转；（3）在关闭的过程中，泵出口处的水锤压头随着阀门的关闭而不断地降低，具有较好的水锤防护特性。

液动射流式冲击器结构设计及试验研究

旋冲钻井用液动射流式冲击器焊镶和粘接部位极易开裂导致泄漏、卸压,缸体上、下腔工作压力建立不起来,造成冲击器停止工作或工作断续不稳,影响冲击器的性能。为此,对冲击器缸体进行了一体化结构设计,精选特制高性能热作模具钢材料(HHD),采用整体铸造方式成型,缸体表面采用液体氮化加氧化工艺处理。对该结构冲击器进行了室内性能测试试验和现场应用试验。结果表明,该结构液动射流式冲击器的性能得到改善,具有良好的工作稳定性和参数的可调节性;可以有效地提高深部硬岩地层机械钻速,防止井斜,降低钻井成本。

关于磨料磁流体射流可行性的分析

通过对前混合磨料射流和后混合磨料射流进行对比分析,发现了两种磨料射流技术均存在一些技术缺陷。为了解决这些问题,对磁流体推进技术展开研究。通过Fluent软件对磁流体中磨料运动进行分析;并且通过试验装置验证了直流式磁流体推进装置能够对磁流体产生增压效应,形成了直流式磨料磁流体射流。在直流式的基础上,分析了交流式磨料磁流体射流的优点,展望了交流式磁流体推进技术在磨料磁流体射流上的应用前景。通过电磁场方程以及流场方程建立数学模型,分析了其在磨料射流上应用的可能性。

单股窄薄片状射流入射水垫塘流场数值模拟研究

表孔宽尾墩—深孔窄缝挑坎联合泄洪形成的窄薄片状交错射流消能是一种新型消能型式。采用RNGk-ε紊流模型和VOF法结合溪洛渡双曲拱坝反拱形水垫塘对单股窄薄片状射流入射水垫塘的非定常流场进行了三维数值模拟。全面细致的分析讨论了单股窄薄片状射流进入消力池后的水流结构与消能机理,为进一步深入研究多股多层窄薄片状射流和该种新型消能型式的应用奠定基础。

冲锤处流体阻力对高能射流式液动锤性能影响

应用计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)动态分析技术,对SC-86H型高能射流式液动锤试验样机流场特性进行了研究,计算得出了相关性能参数,并通过实验装置对液动锤不同输入流量下的冲击频率进行了测试。将液动锤冲击频率的模拟计算结果与实测结果进行了对比,结果表明:若不考虑冲锤处流体阻力的影响,液动锤冲击频率计算值与实测值相比明显偏大,最小相对误差达18.9%;而将冲锤处流体阻力的作用考虑在内,冲击频率的计算值与实测值比较接近,最大相对误差为8.0%,大幅提高了数值计算结果与实测值之间的吻合程度。这说明冲锤高速运动产生的轴向流体阻力不容忽略,设法减小冲锤处流体阻力的大小,有望成为提高高能射流式液动锤冲击功和能量利用率的重要途径。

碟簧对射流式冲击器密封影响研究

以SC-86H高压高能射流式冲击器为研究对象,通过密封试验及ANSYS-LSDYNA有限元分析手段,研究了碟簧对用于端面密封的密封圈密封性能的影响。结果表明:在高压流体环境下,碰撞后碟簧变形会引起密封盖与射流元件密封配合面出现分离间隙,而较大的间隙张开量是导致密封圈失效的关键。间隙张开量与碟簧叠合数量负相关,当碟簧叠合数量为三片以下时,最大间隙张开量大于0.187 mm,密封圈损毁失效;当碟簧叠合数量为四片时,最大间隙张开量为0.086 mm,密封圈存在较高的失效风险;当碟簧叠合数量达到五片以上时,最大间隙张开量小于0.049 mm,可保证密封圈密封长期有效。此外,随着碟簧数量增加,碟簧中最大应力下降,三片碟簧叠合可满足碟簧的应力强度最低要求,考虑到疲劳及密封,碟簧数量应选择五片以上。

基于流体网络法的射流式风洞系统流动计算分析

针对下吹式自由射流风洞的流动阻力评估问题,使用流体网络法将风洞系统简化为由典型元件组成的流体网络结构。各个元件均按照理论方法或经验方法计算其流动阻力,按照风洞设计标准设计得到主要元件的结构尺寸。对该风洞进行计算,得到系统内部沿程气动参数变化规律,分析表明系统流动阻力在扩张段处最大。通过设置不同入口压力进行计算,得到对应流量及试验段风速数据。结合所选风机的性能曲线,在风机额定功率下,得出风洞试验段气流马赫数可达0.47。计算结果可为后续进一步提升试验能力和气源系统设计选型时提供数据支撑。

基于LS-DYNA的射流式液动锤回程动力外传机构研究

设计一种改变冲击应力波在射流式液动锤内传播途径的结构,分析在不同传播途径中应力波衰减程度的改变,基于LS-DYNA显式动力学分析方法,对冲锤回程阶段进行仿真分析,探究冲锤回程冲击在液动锤内两种不同传播途径的模型中射流元件受到的应力变化。研究表明,动力外传机构通过避免对缸体上部的刚性碰撞,能大大降低射流元件所受到的冲击应力,并且外传机构的几何参数对应力的衰减也有一定的影响。

射流式采沙系统中液固两相流的数值模拟

疏浚设备泥沙吸取过程属于稠密固液,为了研究两相流动中液固两相的流动特性,对一种射流式泥沙采集器内的两相流流动进行了数值模拟。基于欧拉双流体模型,研究了不同射流速度,不同的吸引流流量对采集器出口的泥沙浓度的影响。结果表明采用欧拉双流体模型的仿真结果可以较好的吻合实验数据,当射流速度增大时,出口处的泥沙浓度也随之增大,当射流速度一定时,出口处的泥沙浓度一开始随着吸引流流量增大而增大,之后随其增大而降低。

贯通式潜孔锤气力喷反钻具系统

介绍了贯通式潜孔锤气力喷反钻具系统的工作原理、结构设计、钻具特点及测试和生产试验情况。

射流式液动冲击器在ZK01-2井提速应用研究

在深部地热开采中所钻遇的花岗岩地层,由于其硬度高、研磨性强、致密、可钻性差,致使钻进效率低、钻头消耗大、钻探周期长、成本高等。在“张家口地区地热资源调查评价”项目ZK01-2井施工中,为提高钻探效率,降低钻探周期与成本,采用了射流式液动冲击器配牙轮钻头的钻进方法,在硬岩地层中实现了高效破岩的应用效果。钻进过程中还对排量、钻压、转速等多种钻井工艺参数进行了优化分析,并进行了多次现场试验验证。应用结果表明,硬岩地层在进尺相同的条件下,采用射流式液动冲击器提速钻进比常规普钻效率提高了30%以上,大幅提高了硬岩地层的机械钻速,有效提升了钻探效率,起到了高效破岩的作用,为花岗岩等硬岩地层提速增效提供了重要的技术支撑。

新型双作用液动锤的研究

针对传统射流式和射吸式液动锤在坚硬岩层中施工近水平孔或仰孔时效率低下的情况,根据普通液动锤的工作原理,设计了一种阀控式双作用液动锤.结合液动锤的结构特点,利用牛顿第二定律,建立了液动锤的活塞的动力学模型,编制了Matlab软件的M文件,对液动锤的活塞在回程和冲程阶段的启动性能进行了仿真分析;研制了1台Ф89mm液动锤样机,进行了试验室和井下工业性试验,验证了液动锤的冲击性能与设计的合理性,为煤矿井下及隧道坚硬岩层的近水平孔或仰孔施工提供了一种可供借鉴的方法.同时,通过试验发现液动锤的配流元件容易出现划伤、变形等快速磨损问题,为液动锤的可靠性研究提出了新的方向.

射流抛光中生成高斯型去除函数的数学建模方法

提出了一种高斯型去除(GTR)函数生成过程的数学建模方法。基于环路积分的思路,建立了一种旋转扫掠生成GTR函数的数学模型,明确了喷嘴高度为决定GTR函数形貌的关键工艺参数,验证了模型的正确性。在该模型的指导下,进一步研究了生成GTR函数的喷嘴高度范围和GTR函数的形貌变化规律,发现当回转中心与定点斜入射去除函数最深点重合时,生成的去除函数最接近理想高斯型。这对实际加工中工艺参数的优化具有理论指导意义。