热力耦合作用下水下井口连接器密封特性

简介

为研究海底高温高压复杂工况下金属密封圈在井口连接器中的密封性能,根据传热学理论建立传热学和热力耦合数学模型,运用ANSYS建立井口连接器温度场有限元模型;在温度场数值模拟的基础上,进行稳态和瞬态热结构耦合数值模拟分析,得到油气介质压力及温度对水下井口连接器密封性能的影响。结果表明:油气介质温度越高,密封圈内部的温度梯度越大,在温度冲击影响下,连接器各零部件和密封圈之间的温差波动要大于匀速变温及瞬间变温下产生的温差波动。稳态热-结构耦合分析表明,金属密封圈会因温度升高而产生膨胀变形,并且该变形大于不施加温度载荷时的变形,说明温度载荷在特定条件下将直接影响连接器的密封特性;瞬态热-结构耦合分析表明,油气介质温度的快速变化,导致密封圈中接触面受热产生的线膨胀比外圈的线膨胀大,从而导致密封圈内部的不协调变形,因此在实际工作环境中应避免温度升高速度过快的现象发生。