本文针对稠油热采工艺需求,根据Y接头高温高压(290℃和21MPa)的设计要求,基于液压传动原理优化设计了一种可以实现采油状态与测试状态智能转换的高温Y接头,Y接头的实际运行工况对其密封性能和腐蚀性能提出了更高的要求。本文以研发的Y接头作为研究背景,通过样机实验及有限元分析对Y接头的整体结构不断优化改进,使其功能性与密封性能满足高温高压下的设计要求,以实现正常作业时的智能转换。以Y接头主体材质42CrMo钢为研究对象,通过高温腐蚀实验和电化学腐蚀实验研究激光冲击强化对其耐腐蚀性能的影响,主要研究内容及所获成果如下:1.Y接头功能性、密封性能试验及内部流场模拟试验对加工出的样机进行常温及高温下的功能和密封性验证,不断对样机进行结构优化改进。利用ANSYS软件对装置单向阀在四个不同开度下的内部流场进行了模拟,比较分析了单向阀处于不同开度时装置内部流场的速度分布图和湍动能分布图。研究表明:通过对金属O型密封圈安装凹槽尺寸优化调整去除0.3mm余量,对金属O型圈壁厚及镀层进行改进,在相邻的两个螺栓孔之间分别增加一个M17的螺纹孔并规范安装流程等方式,减小了主体材料由于螺栓夹紧时周向受力不均匀而导致的局部变形,使得接头左右半体间的密封性能得以保证。综合考虑材料高温膨胀性能以及安装时的配作间隙,采用盘根环组合的密封方式,可以保证密封舌在运行工况下的密封性能。单向阀的开度限位在50mm时,装置的内部流动较为稳定,且湍动能损失量较小,可以获得较高的采油效率。湍动能耗散最大的部位处在单向阀的流体扰流部位,在设计时应该尽量增大单向阀阀口处过度端面的锥角,并提高球阀的表面加工精度,这为装置在降低能量损失方面的结构优化奠定了基础。2.对42CrMo钢进行激光冲击强化的实验研究和数值模拟。采用激光冲击强化技术对42CrMo钢进行表面处理,并通过材料硬度和残余应力的测量探究激光冲击强化的效果。通过ANSYS/LS-DYNA软件建立42CrMo钢激光冲击强化的有限元模型,模拟冲击压力波作用过程及其形成的残余应力场,最后将实验和模拟结果进行对比分析。研究表明:激光冲击强化对42CrMo钢硬度、残余压应力的提高具有显著效果,硬度的影响层可达到0.6-0.7 mm,残余压应力的影响层可达到0.65 mm左右。通过模拟结果可知,冲击波作用在材料内部可形成稳定的残余应力场。Von Mises应力值、残余应力值均随着冲击能量的增大呈现增大的趋势,其中8J与6J双次能量冲击效果基本相同。残余压应力在深度方向可影响0.48 mm。由于模拟过程中本构模型经过了简化处理,且采用的是单点冲击,而实测值是多点搭接冲击,且在测量残余应力前对材料的前期处理已经产生了一定大小的残余应力。因此,数值模拟与实验值之间存在差距符合理论常理,二者在说明激光冲击强化能提高42CrMo钢材料内部的残余压应力方面具有一致性。3.对激光冲击强化前后的42CrMo钢进行高温腐蚀实验和电化学腐蚀实验。采用高温腐蚀、电化学腐蚀两种方式探究激光冲击强化对42CrMo钢耐腐蚀性能的影响。通过观察材料表面微观腐蚀形貌并测取能谱图衡量材料高温抗腐蚀效果。通过测量电化学极化曲线,并观察电化学实验后材料的微观腐蚀形貌分析电化学腐蚀效果。研究表明:激光冲击强化处理后,42CrMo钢高温耐腐蚀性能得到提高。材料表面仅出现一些微裂纹的扩展,表层裂纹深度也相对较浅,表面氧化膜几乎未见脱落。激光冲击对42CrMo钢材料表面进行强化后,材料整体的耐腐蚀性能得到了明显的提高。极化曲线的腐蚀电位总体上发生正向移动,腐蚀电流与原试样相比也有所降低,说明腐蚀倾向变小。阻抗谱的分析结果也显示激光冲击后阻抗弧的半径增大,说明耐腐蚀性能得到改善。材料的微观形貌图也可以看出激光冲击后材料的腐蚀坑班数量减少,坑班深度变浅,材料整体的腐蚀程度变轻。极化曲线的测量以及电化学腐蚀后材料表面微观形貌的测量结果,二者在说明激光冲击强化能提高42CrMo钢材料耐腐蚀性能方面具有一致性。