润滑与密封

作者：冯定，张一铎，詹鸿运，侯灵霞，张红，曾颖慧

单位：长江大学机械工程学院;湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心,,长江大学机械工程学院;湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心,,中国石油集团渤海钻探工程技术研究院,,长江大学机械工程学院;湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心,,长江大学机械工程学院;湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心,,长江大学机械工程学院;湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心,

关键词：金属封隔器;W形密封;密封性能;高温高压;超弹性激发应力

基金：湖北省技术创新专项（重大项目）(2019AAA010)

针对橡胶封隔器难以适应150 ℃、70 MPa以上环境的缺点，设计一种适用于230 ℃、70 MPa工况，两端传递载荷，中间中空促进径向变形的W形密封结构的金属封隔器，并研究其密封性能。根据工况需求，以温度依赖性和超弹性激发应力选择β-NiTi合金作为W形密封结构材料，以W形结构坐封后产生的接触应力评价其密封性能，以工作承压后W形结构的弹性-超弹性应变率评价其解封性能，分析W形密封结构半径、壁厚及壁厚比对其密封性能的影响,并对设计优化后的W形结构进行密封性能仿真分析。结果表明：结构半径对W形密封结构的密封性能和解封性能影响较小，而壁厚与壁厚比均显著影响密封性能和解封性能；随着壁厚的增加，W形密封结构的密封性能逐渐下降但解封性能逐渐上升，随着壁厚比的增加，密封性能逐渐下降解封性能先上升后下降。对设计优化后的W形结构进行密封性能仿真分析，结果表明，基于β-NiTi合金材料的W形密封结构金属封隔器完全可以适用于高温高压环境，其在230 ℃、70 MPa的工况下坐封载荷为220 kN，弹性-超弹性应变率达90%以上。

来源：2024年第9期

《润滑与密封》期刊编辑部

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