钻孔密封材料的微观特性及其对密封性能的影响

研究了钻孔密封材料聚氨酯和膨胀水泥冻复合材料（PD复合材料）的微观特性,并考察了其对钻孔密封性能的影响作用.实验模拟了煤矿井下钻孔封孔过程,利用FEI Quanta^TM250环境扫描电子显微镜对聚氨酯、PD复合材料本身,以及两者与煤壁的结合、渗透和发展进行微观对比和分析.PD复合材料的渗透系数约为聚氨酯瓦斯渗透性系数的1/48.聚氨酯为蜂窝网状结构,内部孔隙较大,与孔壁结合处存在空白区域;PD复合材料结构严实,内部孔隙极小,在孔壁处与煤体结合密实.PD复合材料比聚氨酯更容易克服钻孔周围裂隙区内瓦斯压力、水锁效应等各种阻力的作用,在钻孔周围裂隙内逐渐渗透,且其自身可以继续在钻孔周围残余裂隙和孔洞内发展.     

高温水冷后花岗岩微观孔径及渗透性分析

高温热处理后岩石的物理力学性质的变化与其内部孔隙结构的改变有关.以高温水冷处理后的两种花岗岩为研究对象,进行了气体渗透试验,研究了其渗透性随温度的演化规律及微观孔隙结构的变化,并利用比表面积及孔径分析测试从微观层面分析了高温水冷处理后花岗岩的损伤演化和裂隙发育机理,为宏观物理性质改变提供了理论依据.结果表明,两种不同的花岗岩在受到高温水冷后表现出相同的规律,随着温度的升高,岩石内部逐渐产生温度裂隙,比表面积增大、总孔体积增大.利用比表面积及孔径分析得到了岩石内部纳米级孔隙的分布情况,发现在温度的作用下岩石内部的介孔受温度的影响最大.可见,在高温热处理后花岗岩内部的温度裂隙是影响岩石物理性质的主要因素之一,同时利用比表面积及孔径分析测试可以得到花岗岩内部的纳米级孔隙分布情况,为花岗岩的微观孔隙结构研究提供了技术支持.     

钻孔CF新型密封材料的孔隙结构特性研究

为了改善瓦斯抽采钻孔的封孔效果,研究了瓦斯抽采钻孔普通水泥密封材料、CF新型密封材料的孔隙结构特性。实验模拟了煤矿井下钻孔封孔过程,综合采用压汞法和二氧化碳气体吸附法对普通水泥注浆后的煤样和CF新型密封材料注浆后的煤样孔隙结构进行对比分析。结果表明:CF新型密封材料相比普通水泥材料有着较好的渗透力,可以有效的消除钻孔封孔段周围微观裂隙和孔洞,提高封孔段的稳定性;经过注浆之后,普通水泥材料注浆的煤样和CF新型密封材料注浆的煤样平均孔径分别为9,8.6 nm,孔隙率分别为4.428 1%,3.775 6%.     

超临界CO_2提高煤层渗透性的实验

利用自制的三轴渗透装置,在低渗透煤层中注入CO2,测定不同孔隙压力下非超临界和超临界CO2的流速,通过显微CT成像观察超临界CO2作用前后煤层微观截面孔隙裂隙的变化.结果表明:超临界CO2作用后,流速较非超临界CO2作用时明显提高;随着孔隙压力的增加,CO2的流速呈指数递增的关系;煤层微观截面CT图显示,超临界CO2作用后,孔隙、裂隙较非超临界CO2作用时明显发育、尺寸增大、密度增加、连通性提高,说明由于超临界CO2的作用进一步促进了煤层微观孔隙、裂隙的充分发育,增加了渗流通道,有效提高了煤层的渗透性.     

热力耦合作用下含瓦斯煤层渗透特性试验研究

为深入研究含瓦斯煤层渗透率与温度和应力的关系,利用自制三轴渗透仪,进行了不同轴压、围压、孔隙压、温度条件下的渗透率测定试验和煤层微观结构扫描试验,并对试验结果进行了分析.研究结果表明:在热和应力耦合作用下,煤层渗透率主要受煤基质膨胀、煤基质压缩、孔裂隙扩张、孔裂隙闭合、气体吸附、气体解吸等6个因素共同影响;孔隙压力不变,渗透率随有效应力的升高单调递减;轴围压不变,渗透率随孔隙压力的升高呈先减小后平缓再增大的近"U"型变化规律;温度升高,煤基质膨胀致使孔裂隙闭合,煤内气体膨胀致使孔裂隙扩张,两相共同作用,渗透率变化取决于哪一相占优.     

井孔岩体稳定分析的双孔隙弹塑性数值解

研究了倾斜油井井眼周围含天然裂纹的孔隙岩体的机械力学行为及其与流体流动耦合的力学问题。模型中将含天然裂纹的孔隙岩体看作双孔隙介质,即孔隙岩体和其中包含的裂隙系统。孔隙岩体和裂隙系统二者具有不同的孔隙率和不同的渗透特性。模型将孔隙岩体、裂隙系统、以及流体的流动三者耦合起来考虑,在分析中考虑了岩体和裂隙系统二者不同的孔隙率和不同的渗透率。并给出了任意倾角的孔隙裂隙岩体中井孔围岩的变形与岩体内部流体的流动的数值解。     

基于钻孔电阻率法动态监测的煤层覆岩瓦斯抽采层位确定——以李雅庄煤矿为例

高位水平钻孔瓦斯抽采技术是解决矿井瓦斯危害问题十分有效的工程技术手段.瓦斯抽采水平钻孔施工层位需要布置在覆岩采动裂隙带发育范围内,而复合顶板的采动裂隙带发育范围往往难以确定,导致钻孔施工层位不准确严重影响瓦斯抽采效率.为研究覆岩采动裂隙发育范围,精准确定水平钻孔布置层位,依据煤层开采覆岩变形破坏一般特征,采用钻孔电阻率法对李雅庄煤矿2607工作面开采覆岩裂隙发育特征进行动态监测,分析了不同采动时段的视电阻率响应特征和变化规律,得到覆岩裂隙发育分布的主要层位.研究表明:裂隙带主要发育范围位于煤层顶板26～47.5 m高度内的砂岩层,确定为瓦斯抽采的最佳层位,现场瓦斯抽采试验验证了该层位的准确性.钻孔电阻率法在覆岩裂隙动态监测方面具有较高的精度,为提高瓦斯抽采效率和降低瓦斯抽采成本提供了较重要的技术保障.     

水力割缝煤体多场耦合响应规律研究

针对水力割缝钻孔周围的扰动裂隙范围以及合理的布孔间距问题,文中建立了水力割缝煤体多场耦合模型。以杨柳矿特定的地质条件为基础,考虑应力场、裂隙场以及渗流场耦合效应,开展了水力割缝钻孔周围瓦斯流场演化数值模拟研究。结果表明:水力割缝钻孔周围存在半径约为2 m的扰动裂隙圈,割缝孔周围瓦斯压力变化曲线存在"陡坡"现象。水力割缝钻孔瓦斯抽采的有效影响半径约为4.6 m,最适布孔间距约为7 m,与现场测试结果相吻合。多孔协同抽采30 d后,钻场控制区域均已消突,抽采效果理想。     

粉砂土改良膨胀土渗透性与孔隙特性研究

通过变水头渗透实验、压汞实验,分别从宏观角度和微观角度研究掺砂比对改良土渗透性的影响规律,并从微观角度解释其内部孔隙特征的变化情况.结果表明:粉砂土的掺入增加了土体的渗透性,微观上表现为孔隙结构的改变,粉砂土与膨胀土中的矿物质发生胶结作用,使改良土中的团粒间孔隙与团粒子内孔隙增加,颗粒内孔隙减少;将渗透系数与孔隙特征参数进行拟合,得出大孔隙百分比与土体渗透系数拟合度最高,中孔隙百分比次之;大孔隙百分比,临界孔径对土体渗透系数影响较大,能够为该膨胀土地区实际工程施工建设提供重要理论参考.     

顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺优化选择

根据岩石力学、弹塑性力学理论建立了顺层钻孔周围煤体塑性区应力分布数学模型,分析了顺层抽采钻孔施工过程中周围煤体破坏规律及应力分布状态。数值模拟了采用水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔、胶囊封堵-压力注浆封孔三种工艺下钻孔周围煤体应力分布规律,三种封孔工艺分别通过改变钻孔支护阻力、钻孔周围煤体物性参数等方式进行模拟。结果表明:胶囊封堵-压力注浆封孔工艺可有效封堵裂隙,加固钻孔周围破碎煤体,对钻孔周围煤体应力分布的控制效果优于现有的封孔工艺,对于顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺有一定的指导意义。     

蜂窝密封技术在空分增压机级间密封上的应用

针对内蒙古某煤化工厂空分增压机组在生产过程中存在的推力轴承瓦温度偏高等问题,提出了对增压机级间密封进行整体蜂窝技术改造的方案。通过对级间密封结构优化前后叶轮端面轴向受力变化的理论分析及利用计算流体动力学（CFD）软件进行仿真验证,得出级间密封的失效是引起转子轴向力变大的主要原因,并对增压机级间密封进行了蜂窝技术改造。改进后的级间密封结构使得增压机级间串气量减小,叶轮两侧高压气体压力差有所降低,各级压缩效率得到提高,解决了推力轴承瓦温度偏高和气体出口压力不足等问题。蜂窝密封技术在空分增压机级间密封上的成功应用,为解决高速离心压缩机轴向力过大这一问题提供了新的有效方案和改进措施,值得进一步应用推广。     

井控半封闸板体失效机理与密封性能研究

为了提高井控半封闸板防喷器(blowout preventer, BOP)安全性能,对现役的半封闸板防喷器进行了失效分析及密封性能评价,完成了闸板体的表征测试以及材料拉伸和冲击试验,通过溢流关井时半封闸板受力分析,基于闸板体材料应力应变测试数据,建立了全尺寸半封闸板防喷器模型,在井下高压流体和油缸压力复合载荷下对闸板体和密封胶芯的力学性能进行了仿真研究。结果表明：当油缸压力超过9.4 MPa,闸板本体的凹槽根部刚好进入屈服变形,最大等效应力发生在闸板本体的凹槽根部,导致闸板体过早断裂失效。胶芯与闸板上端接触区域的应力集中最为明显,可见由于复合载荷的作用,胶芯上部受到挤压作用,产生严重变形,进而失去密封能力。最后提出了减小闸板应力集中的措施。研究成果为溢流情况下半封闸板防喷器的安全操作提供指导依据。     

平板式SOFC封接的实验研究

为了解决平板式固体氧化物燃料电池(planar SOFC)的密封问题,在大气中采用Ag-8CuO+2YSZ新型复合钎料对平板式SOFC单电池进行了封接实验,研究了YSZ((Y2O3)0 08(ZrO2)0 92)陶瓷颗粒的加入对钎缝显微组织的影响,通过多次热循环实验,以及单电池开路电压的测试对钎焊质量进行了评价.结果表明:YSZ与Ag-CuO组织结合紧密,陶瓷颗粒均匀分布在钎料基体中,有利于改善接头性能,降低接头的热膨胀不均匀性,抑制钎缝内孔洞的生成.经过15次热循环实验(200～750 ℃),单电池的开路电压稳定在1 02～1 09 V之间,证明该钎料适用于750 ℃工作的平板式SOFC的密封.     

场致发射平板显示器(FED)的封接工艺

介绍低熔点玻璃材料封接工艺 ,主要包括低熔点玻璃材料的选择、调制、涂覆、加热处理以及玻璃基板的预处理 .根据此工艺 ,已封接出令人满意的显示屏     

等离子体窗密封性能实验研究

等离子体窗具有高真空密封性和良好的束流通过性,在电子束焊接、加速器等领域有很大的应用前景. 针对传统等离子体窗应用孔径小的问题,本文在优化的三阴极源基础上研究了通道直径为7 mm和8 mm等离子体窗的密封特性,以及Ar、He、H2三种等离子窗压降系数随输入电流和气流量的变化关系. 结果显示,在输入电流120~210 A、气流量1000~5000 sccm范围内,Ar等离子体窗的压降系数随输入电流、气流量的增加呈先上升后下降的变化趋势,He、H2等离子体窗的压降系数随输入电流的增加逐渐上升,但随着气流量的增加,He等离子体窗的压降系数先上升后下降,H2等离子体窗的压降系数逐渐下降. 本实验获得的等离子体窗最大压降系数为2550,可隔绝的最大高压为1 atm,与已报道文献相比具备较好的竞争优势,展现了良好的密封性,在未来加速器等领域有很大的应用潜力.     

磁性聚四氟乙烯密封材料的制备及性能

以纳米Fe3O4为主要增强填料,采用冷压成型和烧结固化工艺制备磁性聚四氟乙烯(PTFE)密封材料.分析不同纳米Fe3O4填充量对材料抗拉强度、断裂伸长率、硬度、线膨胀系数等性能的影响.结果表明:纳米Fe3O4填充量对材料性能具有显著影响,随填充量的增加,硬度增大,抗拉强度先增大后减小,断裂伸长率和线膨胀系数迅速下降.当纳米Fe3O4质量分数为5%时,填料在PTFE基体中分散性较好,硬度和拉伸强度均有所提高,断裂伸长率下降38%,线膨胀系数下降18%,PTFE密封材料性能得到提高.     

盾构机主驱动密封维修改造关键技术

为解决土压平衡盾构机在掘进过程中容易出现主驱动密封失效,造成盾构机主轴承损坏的难题。通过理论分析和现场测试相结合的方法,介绍了主驱动密封的工作原理,分析了主驱动密封损坏的原因。认为:VD密封采用粘结方式安装,容易造成应力集中发生断裂,唇形密封和密封衬套采用丁晴橡胶的材质,在高温条件下极易造成磨损失效;提出了改造方案:将密封材质改为耐高温、抗疲劳的含氯的合成橡胶,VD密封采用压板方式,使密封与壳体的结合更加可靠,避免了密封局部受力不均导致的断裂失效。通过后续实体工程的应用检测,再没有出现过密封损坏事故,达到了密封改造技术研究的预期效果。结果表明:密封材质、安装方式及密封油脂是影响主驱动密封工作状态的关键因素,在盾构机的选型设计过程中应引起高度重视。     

密封液体流动特性对磁液密封界面的影响

水轮机轴部应用磁性液体密封时,存在密封转速低、不稳定等现象,密封液体流场特性对密封失效有重大影响.基于数值计算的方法,对比了磁性液体动、静密封时密封液体的流场特性,并进行了实验验证.结果表明,密封压力对密封液体流场影响较小,轴转速对密封液体流场影响较大.该结论可为设计水轮机主轴的磁性液体密封装置提供理论指导.     

断层两盘岩性配置关系及断层的封闭性

断层一般不是一个简单的面，而是由一系列破裂面或次级断层组成的带，这与断层两盘岩性配置原理的假设有很大的差别。依据断层特征，分断层面和断裂带2种类型讨论了岩性的配置关系，进一步结合断层两盘的岩性、排驱压力及断距，划分了12种岩性配置模式。对营32断层岩性配置关系的研究发现，不同砂层组的岩性配置有很大差异，其中1砂层组岩性配置最好，8砂层组岩性配置最差，这导致纵向上断层不同部位封闭程度有很大不同。沿断层走向，从北向南断层的断距逐渐变小，这必然增加了同一储层的砂岩在断层两侧相配置的概率，岩性配置由北向南变差，因此营32断层两侧的剩余油挖潜应侧重于断层的北段。     

法兰密封专家系统的模块化设计

专家系统是人工智能在工程实际应用中的一个主要分支。介绍了法兰密封专家系统的模块化设计思想及其推理机制。通过Delphi开发平台 ,利用模块化原理开发了法兰密封领域的专家系统 ,该系统可实现密封元件选用及管理的自动化 ,降低工作量并避免人为错误。该系统采用正向推理控制策略 ,结合动态构件和DLL(动态连接库 )技术 ,减少了推理机的复杂性和冗余度 ,并提高了系统的开放性和实用性。按照模块化的开发思想 ,该系统完成了一般密封设计模块的开发任务 ,实现了压力容器等设备常用密封元件的自动优化选择 ,并可逐步添加特殊密封设计等功能模块。