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摘要
密封是决定牙轮钻头寿命的关键，由于被动密封磨损严重，限制了牙轮钻头转速及寿命的提高。通过分析具有主动排砂功能的螺旋组合密封结构的基本原理，并结合流固耦合基础理论，建立了相应的控制方程。通过有限元仿真和试验相结合的方法研究了螺旋组合密封的性能。在有限元仿真部分，建立了仿真模型，利用ANSYS仿真软件对螺旋组合密封进行了流固耦合仿真研究，通过螺旋密封的流场压力分析单螺旋密封的排砂作用，通过螺旋组合密封中O型圈的接触压力分析螺旋组合密封的密封能力。设计了未加压单螺旋密封圈排砂性能验证试验来验证单螺旋密封的排砂能力，设计了加压螺旋组合密封性能验证试验来研究螺旋组合密封性能，通过室内台架模拟真实钻井工况研究螺旋组合密封的实际应用情况。仿真结果与试验结果均表明，单螺旋密封圈的排砂作用可行，螺旋组合密封具有良好的密封能力。
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单位石油大学机电工程学院
