一種深海水下采油樹scm雙電低壓換向閥設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種雙電低壓換向閥設(shè)計(jì)方法，確切地說是一種深海水下采油樹SCM 雙電低壓換向閥設(shè)計(jì)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 使用的雙電低壓換向閥往往是經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)公式，將傳統(tǒng)的淡水水下雙電低壓換向閥或淺海水 下雙電低壓換向閥進(jìn)行改造而設(shè)計(jì)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(jì)制備都得到的深海采油樹用雙電低壓換向閥的運(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)致雙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(shí)傳統(tǒng)通過的經(jīng)驗(yàn)在進(jìn)行雙電低壓換向閥設(shè)計(jì)過程中，一方面計(jì)算精度嚴(yán)重不足，另 一方面計(jì)算效率也相對低下，同時(shí)也無法對經(jīng)過計(jì)算得到的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的校核驗(yàn) 證，從而也給設(shè)計(jì)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 簡單易行的雙電低壓換向閥設(shè)計(jì)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)明提供一種深海水下采油樹SCM雙電低壓換向閥設(shè)計(jì)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：
[000引一種深海水下采油樹SCM雙電低壓換向閥設(shè)計(jì)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(jì)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(xiàng)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(jì)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(jì)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(jì)算；
[0008] 第=步，閥體運(yùn)行受力校核計(jì)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(shí)結(jié) 合第二部計(jì)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(jì)算校核， 其中需對摩擦阻力、運(yùn)動(dòng)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(jì)算；
[0009] 第四步，主閥設(shè)計(jì)，根據(jù)之前=步所得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行鎖緊活塞直徑、回位彈黃的 計(jì)算、控制活塞直徑計(jì)算、回位活塞計(jì)算及回復(fù)彈黃的計(jì)算；
[0010] 第五步，參數(shù)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(jì)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(jì)算；
[0011] 第六步，樣品檢測，將根據(jù)計(jì)算參數(shù)生產(chǎn)制備出的若干成品中選擇至少=個(gè)，然后 根據(jù)第一步中的設(shè)定環(huán)境參數(shù)范圍，選擇其中至少5組環(huán)境參數(shù)閥體進(jìn)行模擬環(huán)境運(yùn)行，對 閥體的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行嚴(yán)重，其中當(dāng)合格率為90 % W上時(shí)，則設(shè)計(jì)參數(shù)合格，若合格率為 80%-90%，則再次選擇新的成品進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，若合格率低于80%時(shí)，則返回第二步進(jìn)行 重新設(shè)計(jì)計(jì)算。
[0012] 進(jìn)一步的，所述的第二步中需要根據(jù)計(jì)算得到的數(shù)值范圍選擇至少兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行 校核計(jì)算。
[0013] 進(jìn)一步的，所述的第六步，選擇的成品數(shù)量不低于成品總數(shù)量的30%，且成品中數(shù) 量不低于20個(gè)，選卻的環(huán)境參數(shù)組數(shù)量至少為選擇成品數(shù)量的1倍。
[0014] 本發(fā)明設(shè)計(jì)方法合理，計(jì)算效率和精度高，且設(shè)計(jì)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雙電低壓換向閥的設(shè)計(jì)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】
[0015] 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(dòng)的前提下，還可W 根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 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。基于本發(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(dòng)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。
[001引實(shí)施例1:
[0019] 如圖1所示的一種深海水下采油樹SCM雙電低壓換向閥設(shè)計(jì)方法，深海采油樹電液 控制閥組雙電低壓換向閥設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：
[0020] 第一步，根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境確定設(shè)計(jì)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(xiàng)運(yùn)行技術(shù)指標(biāo) 及閥體的基本機(jī)械結(jié)構(gòu)：
[0021 ] 工作環(huán)境：
[0022]閥體在海洋3000米水深的密封容器中 [002引溫度要求：
[0024] 1)存放溫度范圍：-18°(：-巧0°(：;
[002引 2)工作溫度范圍：-5°(：-+40°(：。
[0026] 3)工作介質(zhì):水基液，如冊443。
[0027] 控制原理:油路正常時(shí)，閥在供油壓力P = 56.9Mpa下，PP = 15.5-37.9Mp范圍內(nèi)電 磁閥能夠通過控制閥的打開、鎖緊和關(guān)閉，并為執(zhí)行器提供工作壓力為10.3-56.9Mpa液壓 油。
[002引注：其中常使用的狀態(tài)是：P = 56.9Mpa，PP = 34.5Mpa為執(zhí)行器提供工作壓力為 10.3-56.9Mpa 液壓油。
[0029] 進(jìn)油路失壓時(shí)，即P < 6.9Mpa時(shí)，閥自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)執(zhí)行器復(fù)位。
[0030] 1)電路出現(xiàn)故障時(shí)，通過平臺(tái)泄進(jìn)口壓力，進(jìn)行關(guān)閉執(zhí)行器，復(fù)位雙電低壓閥。當(dāng) 進(jìn)油口壓力P含6.9Mpa時(shí)，閥自動(dòng)復(fù)位，同時(shí)執(zhí)行器關(guān)閉。
[0031 ] 2)閥在供油壓力P = 56.9Mpa，控制油路PP = 6.9Mpa時(shí)，電磁閥不能打開和關(guān)閉閥， 執(zhí)行器的狀態(tài)與控制油路無關(guān)，只與供油口壓力有關(guān)。執(zhí)行器保持在某一個(gè)位置。
[0032] 3)閥內(nèi)彈黃在3.45Mpa-6.9Mpa內(nèi)開始復(fù)位，復(fù)位壓力通過水上HPU控制。（彈黃的 初壓力為3.45Mpa時(shí)的力，壓縮后為6.9Mpa時(shí)的力）
[0033] 試驗(yàn)壓時(shí):？ = 85.319曰，？？ = 56.919曰了 = 3謹(jǐn)9曰下能夠打開、自鎖和復(fù)位閥。
[0034] 工作原理；
[0035] 此閥為先導(dǎo)式二位=通電磁換向閥，并且具有復(fù)位和自鎖功能，先導(dǎo)油為單獨(dú)供 油，還帶有測壓口；
[0036] 第二步，幾何尺寸校核計(jì)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(jì)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(jì)算：
[0037] 出油口直徑計(jì)算公式：
[003引其中：d-油口直徑
[0039] Q-額定流量(1/min);
[0040] 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lOm/s所W :
[0043] 圓整取 d = 6mm;
[0044] 主球閥閥座內(nèi)孔直徑及推桿直徑和鋼球直徑計(jì)算公式：
[004引 dl > 1/2D1
[0046]通過閥口與推桿間環(huán)形通道的流量公式為
[0048]上式流量Q W額定流量帶入，環(huán)形通道中的油液流速V，則
[0051 ]圓整后取 Dl=7mm，dl = 3.5mm，
[0052] 鋼球直徑10mm;
[0053] 其中：dl-推桿直徑
[0054] Dl-推桿直徑主球閥閥座內(nèi)孔直徑 [005引V-環(huán)形通道中的油液流速
[0056] 主閥閥口最小開度計(jì)算公式：
[0057] 根據(jù)通過閥口的流量計(jì)算公式為：
[0059] 式中；
[0060] Q--通過閥口液體流量(m3/s);
[0061 ] A--閥口過流面積(m2);
[0062] Ap--閥口兩端壓差(Pa);
[0063] P--流體密度化g/m3);
[0064] Cd--為閥口流量系數(shù)；
[0065] 閥口過流面積A計(jì)算公式為：
[0069] 上式可變?yōu)?br>[0071 ]所W閥的開口最小開度公式可化解為：
[0073] 取 AP = IMPa,Cd=I,所W
[0074] Xl=O.38mm；
[00巧]主閥忍行程計(jì)算公式：
[0076]由閥忍的行程S必須大于Xl得:S〉X1，取 [0077] S = 2mm；
[007引其中：S-閥忍的行程；
[0079] XI-主閥閥口最小開度；
[0080]第=步，閥體運(yùn)行受力校核計(jì)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(shí)結(jié) 合第二部計(jì)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(jì)算校核， 其中需對摩擦阻力、運(yùn)動(dòng)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(jì)算：
[0081 ] 摩擦阻力計(jì)算公式：
[0082] 由于 bt = 0.55d;
[0083] do為0形密封圈的端面直徑。假定在Pb的作用下，0形圈與控制活塞只發(fā)生接觸移 動(dòng)，而接觸寬度不變。
[0084] 0形圈對控制活塞的卡緊力為
[0086] 貝 Ij
[0087] Fm=fN=0.275時(shí) Pb 山 do [008引其中:Fm--摩擦阻力；
[0089] f--摩擦系數(shù)，可取f = 0.1;
[0090] 化--活塞桿直徑；
[0091 ] do--0形圈端面直徑；
[0092] Pb--允許背壓；
[0093] 所 W
[0094] Fm=0.0864Pb 山 do
[0095] 設(shè)主閥忍上有5個(gè)0形密封圈，為了安全，計(jì)算時(shí)按照每個(gè)0形密封圈的最大摩擦力 即最大背壓時(shí)計(jì)算，所W各自的摩擦力為：
[0096] 自鎖控制活塞
[0097] 控制活塞最大背壓為Pbi = 569bar，0形圈截面直徑doi = 1.8mm，活塞直徑山1
[009引 Fmi = 0.0864Pbi 山 idol = 4916dti
[0099] 開啟控制活塞
[0100] 控制活塞最大背壓為化2 = 569bar，0形圈截面直徑d02 = 1.8mm，活塞直徑化2
[0101] Fm2 = 0.0864Pb2 山 2d〇2 = 4916dt2
[0102] 關(guān)閉控制活塞推桿
[0103] 推桿最大背壓為Pb3 = 569ba;r，0形圈截面直徑d〇3 = 1.8mm，活塞直徑山3
[0104] Fm3 = 0.0864Pb3 山 3d〇3 = 4916dt3
[0105] 取 dt3 = 6mm
[0106] Fm3 = 4916X0.006