一種深海采油樹電液控制閥組單電低壓換向閥設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種單電低壓換向閥設(shè)計方法，確切地說是一種深海采油樹電液控制 閥組單電低壓換向閥設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在深海油氣資源的開發(fā)過程中，深海水下采油樹設(shè)備應(yīng)用十分廣泛，且在深 海油氣資源開發(fā)中有著至關(guān)重要的作用，但在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的在深海采油樹上所 使用的單電低壓換向閥往往是經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)公式，將傳統(tǒng)的淡水水下單電低壓換向閥或淺海水 下單電低壓換向閥進(jìn)行改造而設(shè)計制備的，雖然一定程度上可W滿足深海環(huán)境作業(yè)的需 要，但通過運(yùn)種方式設(shè)計制備都得到的深海采油樹用單電低壓換向閥的運(yùn)行技術(shù)參數(shù)與實(shí) 際使用環(huán)境間存在較大的誤差，從而導(dǎo)致單電低壓換向閥在深海環(huán)境下運(yùn)行穩(wěn)定性嚴(yán)重不 足，同時傳統(tǒng)通過的經(jīng)驗(yàn)在進(jìn)行單電低壓換向閥設(shè)計過程中，一方面計算精度嚴(yán)重不足，另 一方面計算效率也相對低下，同時也無法對經(jīng)過計算得到的設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的校核驗(yàn) 證，從而也給設(shè)計工作造成極大的困擾，因此針對運(yùn)一現(xiàn)狀，迫切需要開發(fā)一種通用性強(qiáng)且 簡單易行的閥體設(shè)計及制備方法，W滿足實(shí)際使用的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供本發(fā)明提供一種深海采油樹電液控制閥組單電低壓換向閥 設(shè)計方法。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0005] -種深海采油樹電液控制閥組單電低壓換向閥設(shè)計方法，包括如下步驟：
[0006] 第一步，根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境確定設(shè)計方案，根據(jù)閥體的深海水下運(yùn)行實(shí)際環(huán)境情 況，及工作介質(zhì)情況，初步確定閥體的有效工作環(huán)境適應(yīng)范圍、設(shè)閥體的各項運(yùn)行技術(shù)指標(biāo) 及閥體的基本機(jī)械結(jié)構(gòu)；
[0007] 第二步，幾何尺寸校核計算，根據(jù)第一步設(shè)定的閥體技術(shù)參數(shù)及基本機(jī)械結(jié)構(gòu)，對 閥體的幾何尺寸進(jìn)行校核計算，其中需對進(jìn)出油口直徑、主球閥閥座內(nèi)孔和推桿直徑、主閥 閥口最小開度及主閥忍行程進(jìn)行校核計算；
[000引第=步，閥體運(yùn)行受力校核計算，根據(jù)第一步設(shè)定的運(yùn)行環(huán)境及技術(shù)參數(shù)，同時結(jié) 合第二部計算得到的機(jī)械結(jié)構(gòu)的具體尺寸，對閥體運(yùn)行情況中各受力情況進(jìn)行計算校核， 其中需對摩擦阻力、運(yùn)動阻力、液壓卡緊力、穩(wěn)態(tài)液力、閥忍作用力及回位彈黃彈力進(jìn)行校 核計算；
[0009] 第四步，復(fù)審校核，根據(jù)第一步的設(shè)定參數(shù)范圍，選定至少一組數(shù)據(jù)，并將選定數(shù) 據(jù)帶入到第二步和第=步計算得到的具體數(shù)據(jù)中，然后結(jié)合閥體實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行校核復(fù) 審計算。
[0010] 進(jìn)一步的，其特征在于：所述的第二步中出油口直徑、主球閥閥座內(nèi)孔和推桿直 徑、主閥閥口最小開度及主閥忍行程進(jìn)行校核計算公式如下：
[0011] 出油口直徑計算公式
[0012] 其中：d-油口直徑
[0013] Q--額定流量(1/min);
[0014] V-進(jìn)出油口直徑d出油液流速，壓力越大速度越高；
[0015] 主球閥閥座內(nèi)孔直徑及推桿直徑和鋼球直徑計算公式：
[0016] dl>l/2Dl
[0017] 通過閥口與推桿間環(huán)形通道的流量公式為 [001 引

[0019] 上式流量Q W額定流量帶入，環(huán)形通道中的油液流速V，醫(yī) 則 '，
[0020]
[0021] 其中：dl-推桿直徑
[0022] Dl-推桿直徑主球閥閥座內(nèi)孔直徑
[0023] V-環(huán)形通道中的油液流速
[0024] 主閥閥口最小開度計算公式：
[00巧]巧據(jù)通巧閥口的流量計算公式為：
[0026]
[0027]式中；
[002引 Q-一通過閥口液體流量(m3/s);
[0029] A一一閥口過流面積(m2);
[0030] Ap--閥口兩端壓差(Pa);
[0031] P一一流體密度化g/m3);
[0032] Cd-為閥口流量系數(shù)；
[0033] 閥口過流面積A計算公式為：
[0038] 所W閥的開口最小開度公式可化解為：
[0034]
[0035]
[0036] 上式可變?yōu)?br>[0037]
[0039]
[0040] 主閥忍行程計算公式：
[0041 ]由閥忍的行程S必須大于Xl得：
[0042] S>X1
[0043] 其中：S-閥忍的行程；
[0044] Xl-主閥閥口最小開度；
[0045] 進(jìn)一步的，所述的第S步中摩擦阻力、運(yùn)動阻力、液壓卡緊力、穩(wěn)態(tài)液力、閥忍作用 力及回位彈黃彈力的計算公式如下：
[0046] 摩擦阻力計算公式：
[0047] Fm=fN=0.275時 Pbdtdo [004引其中:Fm--摩擦阻力；
[0049] f一一摩擦系數(shù)，可取f = 0.1;
[(K)加]化--活塞桿直徑；
[0化1 ] do--0形圈端面直徑；
[0化2] Pb--允許背壓；
[0053]運(yùn)動阻力計算公式：
[0化4]
[0化5] 其中:Fv--運(yùn)動阻力；
[0化6] D-一控制活塞直徑；
[0057] L一一控制活塞與閥體孔的接觸長度；
[0化引 V--閥忍運(yùn)動速度；
[0化9] y--油液動力粘度；
[0060] Ar――閥忍與閥體孔的單邊配合間；
[0061] 液壓卡緊力計算時，液壓卡緊力的產(chǎn)生是因?yàn)榱黧w在液壓閥閥忍與閥體之間的配 合間隙中的流動時，由于閥忍和閥體孔有錐度和偏屯、量，使圓周方向的不同間隙處存在壓 力分布變化，而對閥忍產(chǎn)生了一個徑向不平衡力，同時由于本設(shè)計的閥忍與閥體間采用0形 密封圈密封，泄漏量幾乎為零，本設(shè)計忽略液壓卡緊力；
[0062] 穩(wěn)態(tài)液力計算公式：
[0063] Fw=Cd地5 Apsina (2-17)
[0064] 同時，由于閥忍的結(jié)構(gòu)，在閥忍換向時兩口都處于開啟狀態(tài)，一邊的液流成下流形 式，一邊的液流成上流形式，但是閥忍受到的穩(wěn)態(tài)液動力都朝一個方向，都與液流方向相 反，所W在計算式需計算兩個球閥的穩(wěn)態(tài)液動力。并且閥忍不管是處于左位還是右位，情況 都是相同的，在計算時，只用計算閥忍在一邊的穩(wěn)態(tài)液動力，閥忍的穩(wěn)態(tài)液動力計算需計算 兩種情況下的穩(wěn)態(tài)液動力，一種是小開口，即S = l/3Smax，一種是閥忍全開時；
[0065] 由此得到，穩(wěn)態(tài)液動力總和為：
[0066] XFw=Fwi+Fw2 = Cd地5 A psinai+Cd地（S-S) A psina2
[0067] 式中；
[006引 Cd--為閥口流量系數(shù)；
[0069] D--閥口直徑；
[0070] 5--閥的開口量；
[0071] Ap--閥口兩端壓差(Pa);
[0072] a--液流角
[0073] 閥忍作用力計算公式：
[0074] 由于閥體在工作時，閥忍具備開啟和閉合兩種工作狀態(tài)，因此需要對閥忍在開啟 和閉合狀態(tài)喜愛的作用力分別計算，
[0075] 因此開啟狀態(tài)作用力:F開1> XFm+Fp+Fti
[0076] 閉合狀態(tài)作用力:F開2> X Fw+Fp+Ft2
[0077]式中:F開1--開啟狀態(tài)閥忍作用力；
[0078] F開2-一閉合狀態(tài)閥忍作用力；
[00巧]SFm-一摩擦阻力總和；
[0080] Fp--閥忍產(chǎn)生的壓力；
[0081] Fti-彈黃最小工作負(fù)荷。
[0082] XFw一一閥忍圈打開時的穩(wěn)態(tài)液動力；
[00削 Ft2--小彈黃最大工作負(fù)荷；
[0084]回位彈黃彈力計算公式：
[00 化]Ki(Xt+S)= XFwi+ZFmi+Fpi
[0086] 式中；
[0087] XFwi--閥忍在569bar全開口時的穩(wěn)態(tài)液動力；
[0088] XFmi--閥忍在569bar時摩擦阻力之和；
[0089] 化--球閥忍在569bar時受到的液體壓力。
[0090] 本發(fā)明設(shè)計方法合理，計算效率和精度高，且設(shè)計值與實(shí)際使用值更為接近，有效 的提高了深海水下采油樹電液控制閥組單電低壓換向閥的設(shè)計工作的可靠性，從而有助于 提高閥體在實(shí)際使用中的穩(wěn)定性和可靠性。
【附圖說明】
[0091] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W 根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0092] 圖1為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0093] 下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明 保護(hù)的范圍。
[0094] 實(shí)施例1:
[00%]如圖1所示的一種深海采油樹電液控制閥組單電低壓換向閥設(shè)計方法，包括如下 步驟：
[0096] 第一步，根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境確定設(shè)計方案，根據(jù)閥體的深海水下運(yùn)行實(shí)際環(huán)境情 況，及工作介質(zhì)情況，初步確定閥體的有效工作環(huán)境適應(yīng)范圍、設(shè)閥體的各項運(yùn)行技術(shù)指標(biāo) 及閥體的基本機(jī)械結(jié)構(gòu)；
[0097] 第二步，幾何尺寸校核計算，根據(jù)第一步設(shè)定的閥體技術(shù)參數(shù)及基本機(jī)械結(jié)構(gòu)，對 閥體的幾何尺寸進(jìn)行校核計算，其中需對進(jìn)出油口直徑、主球閥閥座內(nèi)孔和推桿直徑、主閥 閥口最小開度及主閥忍行程進(jìn)行校核計算；
[009引 其中；
[0099] 出油口直徑計算公式；
[0100] 其中：d-油口直徑
[0101] Q-額定流量(1/min);
[0102] V-進(jìn)出油口直徑d出油液流速，壓力越大速度越高，此處選用1 Om/s所W :
[0103]
[0104] 圓整取 d = 6mm;
[01化]主球閥閥座內(nèi)孔直徑及推桿直徑和鋼球直徑計算公式：
[0106] dl>1/2D1
[0107] 通過閥口與推桿間環(huán)形通道的流量公式為 [010 引
[0109] 上式流量QW額定流量帶入，環(huán)形通道中的油液流速V < lOm/s，取
貝ij，因
則
[0110]
[0111] 其中：dl-推桿直徑
[0112] Dl-推桿直徑主球閥閥座內(nèi)孔直徑
[0113] V-環(huán)形通道中的油液流速
[0114]
[0115] 圓整后取 Dl=7mm，dl = 3.5mm，
[0116] 鋼球直徑IOmm;
[0117] 主閥閥口最小開度計算公式：
[0118] 根據(jù)通過閥口的流量計算公式為：
[0119]
[0120] 式中；
[0121] Q一一通過閥口液體流量(m3/s);
[0122] A一一閥口過流面積(m2);
[0123] Ap--閥口兩端壓差(Pa);
[0124] P--流體密度化g/m3);
[01巧]Cd--為閥口流量系數(shù)；
[0126] 閥口過流面積A計算公式為：
[0127]
[012 引
[0129]
[0130]
[0131]
[0132]
[0133]
[0134] 取 AP = IMPa,Cd = I,所W
[0135] Xl=O.38mm；
[0136] 主閥忍行程計算公式：
[0137] 由閥忍的行程S必須大于Xl得：
[013 引 SXKl
[0139] 取 S = 2(mm)
[0140] 其中：S-閥忍的行程；
[0141] XI-主閥閥口最小開度；
[0142] 第=步