一種深海采油樹(shù)電液控制閥組雙電高壓換向閥設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種雙電高壓換向閥設(shè)計(jì)方法，確切地說(shuō)是一種深海采油樹(shù)電液控制 閥組雙電高壓換向閥設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在深海油氣資源的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，深海水下采油樹(shù)設(shè)備應(yīng)用十分廣泛，且在深 海油氣資源開(kāi)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(shù)上所 使用的雙電高壓換向閥往往是經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式，將傳統(tǒng)的淡水水下雙電高壓換向閥或淺海水 下雙電高壓換向閥進(jìn)行改造而設(shè)計(jì)制備的，雖然一定程度上可W滿(mǎn)足深海環(huán)境作業(yè)的需 要，但通過(guò)運(yùn)種方式設(shè)計(jì)制備都得到的深海采油樹(shù)用雙電高壓換向閥的運(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)致雙電高壓換向閥在深海環(huán)境下運(yùn)行穩(wěn)定性嚴(yán)重不 足，同時(shí)傳統(tǒng)通過(guò)的經(jīng)驗(yàn)在進(jìn)行雙電高壓換向閥設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)低下，同時(shí)也無(wú)法對(duì)經(jīng)過(guò)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(duì)運(yùn)一現(xiàn)狀，迫切需要開(kāi)發(fā)一種通用性強(qiáng)且 簡(jiǎn)單易行的雙電高壓換向閥設(shè)計(jì)方法，W滿(mǎn)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(shù)電液控制閥組雙電高壓換向閥 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：
[0005] 1、一種深海采油樹(shù)電液控制閥組雙電高壓換向閥設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述的 深海采油樹(shù)電液控制閥組雙電高壓換向閥設(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(duì) 閥體的幾何尺寸進(jìn)行校核計(jì)算，其中需對(duì)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(kāi)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(duì)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(duì)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，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(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] 進(jìn)一步的，所述的第五步需進(jìn)行至少兩組不同參數(shù)進(jìn)行校核計(jì)算。
[0012] 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(shù)電液控制閥組雙電高壓換向閥的設(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(shuō)明】
[0013] 為了更清楚地說(shuō)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(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)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。
[0014] 圖1為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖對(duì)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(méi)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。
[0016] 實(shí)施例1:
[0017] 如圖1所示的一種深海采油樹(shù)電液控制閥組雙電高壓換向閥設(shè)計(jì)方法，深海采油 樹(shù)電液控制閥組雙電高壓換向閥設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：
[0018] 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)：
[0019] 工作環(huán)境：
[0020] 上述液壓閥都安裝在海洋3000米水深的密封容器中
[0021 ] 1.2溫度要求：
[0022] 1)存放溫度范圍：-18°(：-巧0°(：;
[0023] 2)工作溫度范圍:-5°(：-+40°(：。
[0024] 3)工作介質(zhì):水基液，如冊(cè)443。
[002引控制原理：油路正常時(shí)，閥在供油壓力P = 69Mpa下，PP= 13.8-37.9Mp范圍內(nèi)電磁 閥能夠通過(guò)控制閥的打開(kāi)、鎖緊和關(guān)閉，并為執(zhí)行器提供工作壓力為41.4-69Mpa液壓油，其 中常使用的狀態(tài)是:？ = 6919曰，？？ = 34.5193為執(zhí)行器提供工作壓力為41.4-69193液壓油；
[0026] 進(jìn)油路失壓時(shí)，即P。7.6Mpa時(shí)，閥自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)執(zhí)行器復(fù)位。
[0027] 技術(shù)指標(biāo):此閥主閥為二位=通電磁換向閥，并且具有復(fù)位和自鎖功能，C口還帶 有測(cè)壓口；閥的開(kāi)啟和關(guān)閉由先導(dǎo)閥控制，先導(dǎo)閥單獨(dú)供油，回油與主閥回油共路。
[0028] 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(duì) 閥體的幾何尺寸進(jìn)行校核計(jì)算，其中需對(duì)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(kāi)度及主閥忍行程進(jìn)行校核計(jì)算：
[0029] 出油口直徑計(jì)算公式
[0030] 其中：d-油口直徑
[0031 ] Q--額定流量(1/min);
[0032] 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
[003引所
[003引圓整取d = 6mm;
[0036] 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：
[0037] dl > 1/2 Dl
[0038] 通過(guò)閥口與推桿間環(huán)形通道的流量公式為
[0040]上式流量Q W額定流量帶入，環(huán)形通道中的油液流速V，因
則
[0043] 圓整后取 Dl = 5mm，dl = 3.5mm，
[0044] 鋼球直徑8mm;
[004引其中：dl-推桿直徑
[0046] Dl-推桿直徑主球閥閥座內(nèi)孔直徑
[0047] V-環(huán)形通道中的油液流速
[0048] 主閥閥口最小開(kāi)度計(jì)算公式：
[0049] 根據(jù)通過(guò)閥口的流量計(jì)算公式為：
[0051 ]式中：
[0052] Q一一通過(guò)閥口液體流量(m3/s);
[0053] A--閥口過(guò)流面積(m2);
[0054] A P--閥口兩端壓差(Pa);
[00巧]P--流體密度化g/m3);
[0056] Cd--為閥口流量系數(shù)；
[0057] 閥口過(guò)流面積A計(jì)算公式為：
[0059] 其中：
[0060] 當(dāng)
啊，
上式可變?yōu)?br>[0062]所W閥的開(kāi)口最小開(kāi)度公式可化解為：
[0064] 取 A P = IMPa, Cd = I,所 W
[0065] Xl=O.38mm；
[0066] 主閥忍行程計(jì)算公式：
[0067] 由閥忍的行程S必須大于Xl得:S〉X1，取 [006 引 S = Imm;
[0069] 其中：S-閥忍的行程；
[0070] XI-主閥閥口最小開(kāi)度；
[0071] 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(duì)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(duì)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：
[0072] 摩擦阻力計(jì)算公式：
[0073] 由于 bt = 0.55d;
[0074] 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。
[0075] 0形圈對(duì)控制活塞的卡緊力為
[0077] 則
[0078] Fm=fN=0.275時(shí) Pbdtdo
[0079] 其中:Fm--摩擦阻力；
[0080] f一一摩擦系數(shù)，可取f = 0.1;
[0081 ] 化--活塞桿直徑；
[0082] do--0形圈端面直徑；
[0083] Pb--允許背壓；
[0084] 所 W
[0085] Fm=0.0864Pbdtdo
[0086] 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：
[0087] 自鎖控制活塞
[0088] 控制活塞最大背壓為Pb 1 = 569bar，0形圈截面直徑do 1 = 1.8mm，活塞直徑化1 [0089 ] Fmi = 0.0864Pbidtidoi = 4916dti = 8.58N ；
[0090] 開(kāi)啟控制活塞
[0091] 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
[0092] Fm2 = 0.0864Pb2 山 2d〇2 = 4916dt2 = 7.08N;
[0093] 關(guān)閉控制活塞推桿
[0094] 推桿最大背壓為Pb3 = 569bar，0形圈截面直徑d03 = 1.8mm，活塞直徑化3 [009引 Fm3 = 0.0864Pb3 山 3d03 = 4916dt3 = 7.08N
[0096] 關(guān)閉控制活塞
[0097] 控制活塞最大背壓為Pb4 = 379bar，0形圈截面直徑d02 = Imm，活塞直徑化4 [009引 Fm4 = 0.0864Pb4 山 4d04 = 4916dt4=8.58N;
[0099] 運(yùn)動(dòng)阻力計(jì)算公式：
[0101] 其中:Fv--運(yùn)動(dòng)阻力；
[0102] D--控制活塞直徑；
[0103] L一一控制活塞與閥體孔的接觸長(zhǎng)度；
[0104] V-一閥忍運(yùn)動(dòng)速度，可用閥忍動(dòng)作時(shí)間