石油学报

作者：周已, 李天全, 周燚, 王儒晨

单位：西南石油大学机电工程学院 四川成都 610500

关键词：牙轮钻头,螺旋磁流体复合密封,磁场模拟,磁流耦合模拟,试验研究

基金：周已,女,1980年2月生,2009年获西南石油大学硕士学位,现为西南石油大学副教授,主要从事机械密封研究工作。Email:673871313@qq.com

摘要： 牙轮钻头螺旋磁流体复合密封结构具有主动排砂、自动补偿封浆效应等优点,是一种新型的牙轮钻头密封结构,耐压性能则是决定该新型密封性能的关键。因此,构建了牙轮钻头螺旋磁流体复合密封的磁场和磁流耦合的数值仿真模型,从磁通密度、磁感应强度、理论耐压值的角度实现了牙轮钻头螺旋磁流体复合密封耐压能力和密封性能的全过程,主要研究了工况参数(转速、温度)对新型密封耐压性能的影响规律。通过数值模拟发现,磁力线在极靴顶部处分布密集,能够实现聚磁效果,极靴顶部处的磁场强度将高于密封间隙处;磁通密度在极靴顶部位置上的磁场强度大小明显高于其他位置;在每个极靴顶部处都具有较高且相近的磁感应强度,极靴顶部处的磁感应强度最大,达到3.697 8 T,而齿槽处和密封间隙处的磁感应强度为0.24 T,极靴顶部处存在较大的磁感应强度梯度。根据理论耐压计算得到理论耐压值为1.09 MPa,验证了密封结构设计的可行性。随着转速和温度的增加,整个密封结构的耐压能力降低。与转速相比,温度对于密封结构耐压性能的影响较小。通过开展试验研究,验证了牙轮钻头螺旋磁流体复合密封的耐压性能,揭示了工况参数对其耐压性能的影响规律,试验结果和仿真结果相符合。

来源：2024年第12期

《石油学报》期刊编辑部

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