封隔器内卡瓦性能研究与结构优选

摘要

内卡瓦作为封隔器的重要锚定锁紧元件，其性能好坏将直接影响到封隔器的工作效果，而内卡瓦性能优劣主要体现在其力学性能方面，故文中以?152.4套管为例，结合现有封隔器内卡瓦结构形式及工作原理，确定了两种封隔器内卡瓦结构方案，设计了双面齿C、双面齿、C型及分瓣式四种内卡瓦锁紧机构。根据四种内卡瓦结构特点，分别建立了两种内卡瓦跳齿分析模型，结合力学原理与莫尔积分法完成了内卡瓦跳齿载荷及回弹距离分析计算，结果表明四种内卡瓦均能顺利完成跳齿动作，单面螺纹结构回弹距离相对较小，锁紧效果更好。 运用ANSYS分析技术，结合四种内卡瓦的结构形式进行合理简化，针对封隔器内卡瓦实际工况进行了载荷和边界条件等设置，通过分析计算得出四种内卡瓦在额定工作载荷下的应力数值及四种内卡瓦沿轴向和周向应力规律变化情况，结果表明四种结构均能满足强度要求。在相同载荷条件下，分瓣式内卡瓦产生的应力最小，且沿周向及轴向应力分布更为均匀，为较优结构。同时运用试验对比法完成了内卡瓦力学性能试验，验证了封隔器内卡瓦理论分析及有限元数值模拟的有效性。 以优选的分瓣式内卡瓦力学性能为研究目标，卡瓦锥角?、牙倾角?、螺距d及螺纹啮合深度h为因素，采用ANSYS分析法及正交设计法对内卡瓦结构进行参数优化设计，通过极差法和方差法对试验结果进行分析，得出卡瓦锥角和螺距为影响其力学性能的主要因素，当y、a、d和h分别为10°，20°，2.5mm和0.5mm时，卡瓦力学性能最优，为后续内卡瓦研究提供了理论基础。

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