一种深海采油树电液控制阀组单电低压换向阀设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种单电低压换向阀设计方法，确切地说是一种深海采油树电液控制 阀组单电低压换向阀设计方法。
【背景技术】
[0002] 目前在深海油气资源的开发过程中，深海水下采油树设备应用十分广泛，且在深 海油气资源开发中有着至关重要的作用，但在实际使用中发现，当前的在深海采油树上所 使用的单电低压换向阀往往是经过经验公式，将传统的淡水水下单电低压换向阀或浅海水 下单电低压换向阀进行改造而设计制备的，虽然一定程度上可W满足深海环境作业的需 要，但通过运种方式设计制备都得到的深海采油树用单电低压换向阀的运行技术参数与实 际使用环境间存在较大的误差，从而导致单电低压换向阀在深海环境下运行稳定性严重不 足，同时传统通过的经验在进行单电低压换向阀设计过程中，一方面计算精度严重不足，另 一方面计算效率也相对低下，同时也无法对经过计算得到的设计结构进行有效的校核验 证，从而也给设计工作造成极大的困扰，因此针对运一现状，迫切需要开发一种通用性强且 简单易行的阀体设计及制备方法，W满足实际使用的需要。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供本发明提供一种深海采油树电液控制阀组单电低压换向阀 设计方法。
[0004] 为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0005] -种深海采油树电液控制阀组单电低压换向阀设计方法，包括如下步骤：
[0006] 第一步，根据实际使用环境确定设计方案，根据阀体的深海水下运行实际环境情 况，及工作介质情况，初步确定阀体的有效工作环境适应范围、设阀体的各项运行技术指标 及阀体的基本机械结构；
[0007] 第二步，几何尺寸校核计算，根据第一步设定的阀体技术参数及基本机械结构，对 阀体的几何尺寸进行校核计算，其中需对进出油口直径、主球阀阀座内孔和推杆直径、主阀 阀口最小开度及主阀忍行程进行校核计算；
[000引第=步，阀体运行受力校核计算，根据第一步设定的运行环境及技术参数，同时结 合第二部计算得到的机械结构的具体尺寸，对阀体运行情况中各受力情况进行计算校核， 其中需对摩擦阻力、运动阻力、液压卡紧力、稳态液力、阀忍作用力及回位弹黃弹力进行校 核计算；
[0009] 第四步，复审校核，根据第一步的设定参数范围，选定至少一组数据，并将选定数 据带入到第二步和第=步计算得到的具体数据中，然后结合阀体实际运行情况进行校核复 审计算。
[0010] 进一步的，其特征在于：所述的第二步中出油口直径、主球阀阀座内孔和推杆直 径、主阀阀口最小开度及主阀忍行程进行校核计算公式如下：
[0011] 出油口直径计算公式
[0012] 其中：d-油口直径
[0013] Q--额定流量(1/min);
[0014] V-进出油口直径d出油液流速，压力越大速度越高；
[0015] 主球阀阀座内孔直径及推杆直径和钢球直径计算公式：
[0016] dl>l/2Dl
[0017] 通过阀口与推杆间环形通道的流量公式为 [001 引
[0019] 上式流量Q W额定流量带入，环形通道中的油液流速V，医 则 '，
[0020]
[0021] 其中：dl-推杆直径
[0022] Dl-推杆直径主球阀阀座内孔直径
[0023] V-环形通道中的油液流速
[0024] 主阀阀口最小开度计算公式：
[00巧]巧据通巧阀口的流量计算公式为：
[0026]
[0027]式中；
[002引 Q-一通过阀口液体流量(m3/s);
[0029] A一一阀口过流面积(m2);
[0030] Ap--阀口两端压差(Pa);
[0031] P一一流体密度化g/m3);
[0032] Cd-为阀口流量系数；
[0033] 阀口过流面积A计算公式为：
[0038] 所W阀的开口最小开度公式可化解为：
[0034]
[0035]
[0036] 上式可变为
[0037]
[0039]
[0040] 主阀忍行程计算公式：
[0041 ]由阀忍的行程S必须大于Xl得：
[0042] S>X1
[0043] 其中：S-阀忍的行程；
[0044] Xl-主阀阀口最小开度；
[0045] 进一步的，所述的第S步中摩擦阻力、运动阻力、液压卡紧力、稳态液力、阀忍作用 力及回位弹黃弹力的计算公式如下：
[0046] 摩擦阻力计算公式：
[0047] Fm=fN=0.275时 Pbdtdo [004引其中:Fm--摩擦阻力；
[0049] f一一摩擦系数，可取f = 0.1;
[(K)加]化--活塞杆直径；
[0化1 ] do--0形圈端面直径；
[0化2] Pb--允许背压；
[0053]运动阻力计算公式：
[0化4]
[0化5] 其中:Fv--运动阻力；
[0化6] D-一控制活塞直径；
[0057] L一一控制活塞与阀体孔的接触长度；
[0化引 V--阀忍运动速度；
[0化9] y--油液动力粘度；
[0060] Ar――阀忍与阀体孔的单边配合间；
[0061] 液压卡紧力计算时，液压卡紧力的产生是因为流体在液压阀阀忍与阀体之间的配 合间隙中的流动时，由于阀忍和阀体孔有锥度和偏屯、量，使圆周方向的不同间隙处存在压 力分布变化，而对阀忍产生了一个径向不平衡力，同时由于本设计的阀忍与阀体间采用0形 密封圈密封，泄漏量几乎为零，本设计忽略液压卡紧力；
[0062] 稳态液力计算公式：
[0063] Fw=Cd地5 Apsina (2-17)
[0064] 同时，由于阀忍的结构，在阀忍换向时两口都处于开启状态，一边的液流成下流形 式，一边的液流成上流形式，但是阀忍受到的稳态液动力都朝一个方向，都与液流方向相 反，所W在计算式需计算两个球阀的稳态液动力。并且阀忍不管是处于左位还是右位，情况 都是相同的，在计算时，只用计算阀忍在一边的稳态液动力，阀忍的稳态液动力计算需计算 两种情况下的稳态液动力，一种是小开口，即S = l/3Smax，一种是阀忍全开时；
[0065] 由此得到，稳态液动力总和为：
[0066] XFw=Fwi+Fw2 = Cd地5 A psinai+Cd地（S-S) A psina2
[0067] 式中；
[006引 Cd--为阀口流量系数；
[0069] D--阀口直径；
[0070] 5--阀的开口量；
[0071] Ap--阀口两端压差(Pa);
[0072] a--液流角
[0073] 阀忍作用力计算公式：
[0074] 由于阀体在工作时，阀忍具备开启和闭合两种工作状态，因此需要对阀忍在开启 和闭合状态喜爱的作用力分别计算，
[0075] 因此开启状态作用力:F开1> XFm+Fp+Fti
[0076] 闭合状态作用力:F开2> X Fw+Fp+Ft2
[0077]式中:F开1--开启状态阀忍作用力；
[0078] F开2-一闭合状态阀忍作用力；
[00巧]SFm-一摩擦阻力总和；
[0080] Fp--阀忍产生的压力；
[0081] Fti-弹黃最小工作负荷。
[0082] XFw一一阀忍圈打开时的稳态液动力；
[00削 Ft2--小弹黃最大工作负荷；
[0084]回位弹黃弹力计算公式：
[00 化]Ki(Xt+S)= XFwi+ZFmi+Fpi
[0086] 式中；
[0087] XFwi--阀忍在569bar全开口时的稳态液动力；
[0088] XFmi--阀忍在569bar时摩擦阻力之和；
[0089] 化--球阀忍在569bar时受到的液体压力。
[0090] 本发明设计方法合理，计算效率和精度高，且设计值与实际使用值更为接近，有效 的提高了深海水下采油树电液控制阀组单电低压换向阀的设计工作的可靠性，从而有助于 提高阀体在实际使用中的稳定性和可靠性。
【附图说明】
[0091] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据运些附图获得其他的附图。
[0092] 图1为本发明方法流程图。
【具体实施方式】
[0093] 下面将结合本发明的附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本 领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明 保护的范围。
[0094] 实施例1:
[00%]如图1所示的一种深海采油树电液控制阀组单电低压换向阀设计方法，包括如下 步骤：
[0096] 第一步，根据实际使用环境确定设计方案，根据阀体的深海水下运行实际环境情 况，及工作介质情况，初步确定阀体的有效工作环境适应范围、设阀体的各项运行技术指标 及阀体的基本机械结构；
[0097] 第二步，几何尺寸校核计算，根据第一步设定的阀体技术参数及基本机械结构，对 阀体的几何尺寸进行校核计算，其中需对进出油口直径、主球阀阀座内孔和推杆直径、主阀 阀口最小开度及主阀忍行程进行校核计算；
[009引 其中；
[0099] 出油口直径计算公式；
[0100] 其中：d-油口直径
[0101] Q-额定流量(1/min);
[0102] V-进出油口直径d出油液流速，压力越大速度越高，此处选用1 Om/s所W :
[0103]
[0104] 圆整取 d = 6mm;
[01化]主球阀阀座内孔直径及推杆直径和钢球直径计算公式：
[0106] dl>1/2D1
[0107] 通过阀口与推杆间环形通道的流量公式为 [010 引
[0109] 上式流量QW额定流量带入，环形通道中的油液流速V < lOm/s，取
贝ij，因
则
[0110]
[0111] 其中：dl-推杆直径
[0112] Dl-推杆直径主球阀阀座内孔直径
[0113] V-环形通道中的油液流速
[0114]
[0115] 圆整后取 Dl=7mm，dl = 3.5mm，
[0116] 钢球直径IOmm;
[0117] 主阀阀口最小开度计算公式：
[0118] 根据通过阀口的流量计算公式为：
[0119]
[0120] 式中；
[0121] Q一一通过阀口液体流量(m3/s);
[0122] A一一阀口过流面积(m2);
[0123] Ap--阀口两端压差(Pa);
[0124] P--流体密度化g/m3);
[01巧]Cd--为阀口流量系数；
[0126] 阀口过流面积A计算公式为：
[0127]
[012 引
[0129]
[0130]
[0131]
[0132]
[0133]
[0134] 取 AP = IMPa,Cd = I,所W
[0135] Xl=O.38mm；
[0136] 主阀忍行程计算公式：
[0137] 由阀忍的行程S必须大于Xl得：
[013 引 SXKl
[0139] 取 S = 2(mm)
[0140] 其中：S-阀忍的行程；
[0141] XI-主阀阀口最小开度；
[0142] 第=步