[發(fā)明專利]流量系數(shù)隨開(kāi)度線性變化的節(jié)流閥的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410364273.4
• 申請(qǐng)日: 2014-07-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105320789B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王果;范紅康;牛新明;王國(guó)榮;劉匡曉;陶思宇;劉建華;朱顥;孫連忠;楚飛;張建龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯(lián)

本發(fā)明公開(kāi)了一種流量系數(shù)隨開(kāi)度線性變化的節(jié)流閥的設(shè)計(jì)方法，其包括以下步驟：通過(guò)節(jié)流閥的壓降流量特性、控壓節(jié)流特性和閥芯幾何形狀建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出閥芯輪廓線應(yīng)滿足的軌跡方程，再利用軌跡方程得出閥芯的輪廓曲線，從而得到閥芯的結(jié)構(gòu)。該設(shè)計(jì)方法能得到閥芯的輪廓曲線從而使得節(jié)流閥的控壓調(diào)節(jié)的線性度和精度更好，而且該設(shè)計(jì)方法更高效和通用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種流量系數(shù)隨開(kāi)度線性變化的節(jié)流閥的設(shè)計(jì)方法，該節(jié)流閥尤其用于控壓鉆井中。

背景技術(shù)

控制壓力鉆井技術(shù)(Managed Pressure Drilling——MPD)中，一般要求井底壓力的變化范圍小于50psi，而壓力的變化主要由用于控壓的節(jié)流閥來(lái)調(diào)整。因此，用于控壓的節(jié)流閥的性能直接影響到控壓鉆井工藝實(shí)施的成功率。而良好的調(diào)節(jié)線性的閥芯是決定節(jié)流閥的控壓性能的關(guān)鍵。

調(diào)節(jié)閥作為液壓氣動(dòng)控制系統(tǒng)中的終端元件，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中必不可少。閥芯作為調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵部件，閥芯的型面直接決定了調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性，其合理的設(shè)計(jì)對(duì)于調(diào)節(jié)閥的性能以及生產(chǎn)效率意義重大。目前，國(guó)產(chǎn)節(jié)流閥的閥芯主要包括針形、楔形和筒形這幾種簡(jiǎn)單的“直線式”輪廓閥芯上。針形閥芯的節(jié)流閥的可靠性高，但出口漩渦流較多，閥芯易抖動(dòng)，易斷。老式筒形閥芯的節(jié)流閥的節(jié)流效果差，可調(diào)范圍小，容易出現(xiàn)閥芯刺壞和脫落現(xiàn)象。而且，使用老式筒形閥芯的節(jié)流閥液體中含砂時(shí)，閥桿和閥芯沖蝕嚴(yán)重。楔形閥芯的耐沖蝕、可靠性強(qiáng)、線性度差。總之，現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)節(jié)流閥的控壓線性度差、調(diào)節(jié)精度低，不能滿足MPD技術(shù)的要求。

另外，目前閥芯的設(shè)計(jì)還沒(méi)有一個(gè)高效、通用的設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)在主要還是以經(jīng)驗(yàn)、流量試驗(yàn)與修形結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。然而這樣的設(shè)計(jì)方法過(guò)程復(fù)雜、效率低、研發(fā)周期長(zhǎng)、開(kāi)發(fā)費(fèi)用高，嚴(yán)重降低了企業(yè)的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種流量系數(shù)隨開(kāi)度線性變化的節(jié)流閥的設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法能得到閥芯的輪廓曲線從而使得節(jié)流閥的控壓調(diào)節(jié)的線性度和精度更好，而且該設(shè)計(jì)方法更高效和通用。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種流量系數(shù)隨開(kāi)度線性變化的節(jié)流閥的設(shè)計(jì)方法，其包括以下步驟：通過(guò)節(jié)流閥的壓降流量特性、控壓節(jié)流特性和閥芯幾何形狀建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出閥芯輪廓線應(yīng)滿足的軌跡方程，再利用軌跡方程得出閥芯的輪廓曲線，得到閥芯結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的流量系數(shù)隨開(kāi)度線性變化的節(jié)流閥的設(shè)計(jì)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)該方法能夠得到閥芯的輪廓曲線，與現(xiàn)有直線式的輪廓閥芯相比，采用曲線輪廓的閥芯的控壓調(diào)節(jié)的線性度和精度均更好。而且該設(shè)計(jì)方法能夠普遍用于一系列閥芯的設(shè)計(jì)，然后根據(jù)具體的閥芯的參數(shù)來(lái)得到對(duì)應(yīng)的閥芯的輪廓曲線和閥芯結(jié)構(gòu)，更加通用。因此該設(shè)計(jì)方法能提高設(shè)計(jì)效率，更加高效。

在一個(gè)實(shí)施例中，節(jié)流閥的控壓節(jié)流特性通過(guò)節(jié)流閥的流量系數(shù)Kv與節(jié)流閥的閥芯開(kāi)度L之間的關(guān)系來(lái)體現(xiàn)，即：其中K、C為常數(shù)，Kv為節(jié)流閥流量系數(shù)，Kv_max為節(jié)流閥的最大流量系數(shù)，L_max表示節(jié)流閥的最大開(kāi)度。由于對(duì)于某特定閥芯來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)完成后Kv_max和L_max均為常值。因此，節(jié)流閥的流量系數(shù)Kv與節(jié)流閥的閥芯開(kāi)度L之間為線性關(guān)系。

在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)閥芯的幾何條件d＝D-2x，以及得到N點(diǎn)的橫坐標(biāo)x與過(guò)流面積A_r之間的關(guān)系為：其中D、d分別為錐環(huán)體的上下圓直徑，L_MN為母線長(zhǎng)，θ為夾角，x為閥芯輪廓線上N點(diǎn)的橫坐標(biāo)。