[發(fā)明專利]旋轉(zhuǎn)閥閥口設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510945893.1
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN105422029A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈躍;盛利民
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）;中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院
• 主分類號: E21B21/10
• 分類號: E21B21/10;E21B47/20;G06F19/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 楊大興

1.一種旋轉(zhuǎn)閥閥口設(shè)計方法，包括轉(zhuǎn)子孔口的結(jié)構(gòu)設(shè)計和定子孔口的結(jié)構(gòu)設(shè)計,其特征是按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

(1)基于流體非穩(wěn)定流動的慣性壓力分析建立用式

表示的鉆井液壓力信號數(shù)學(xué)模型，其中，pi為鉆井液壓力信號，L為閥口上部非穩(wěn)定流區(qū)域的長度，ρ為鉆井液密度，Q為鉆井液流量，A0為閥孔全開時的流通截面積，As(t)為轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)過程中對定子孔口的遮擋截面積，Aδ(t)為轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)過程中由定、轉(zhuǎn)子間隙產(chǎn)生的等效泄漏截面積，為遮擋截面積隨時間的變化率，為定、轉(zhuǎn)子之間間隙產(chǎn)生的等效泄漏截面隨時間的變化率，以該數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，建立式

表示的旋轉(zhuǎn)閥恒轉(zhuǎn)速下閥口處產(chǎn)生的鉆井液連續(xù)壓力波信號數(shù)學(xué)模型，其中，ω為正弦信號角頻率，pm為壓力信號振幅；

(2)旋轉(zhuǎn)閥恒轉(zhuǎn)速下根據(jù)壓力信號相角與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，將壓力信號隨時間變化的表達(dá)式轉(zhuǎn)換為式

表示的隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的表達(dá)式，其中，k為與非穩(wěn)定流區(qū)域長度有關(guān)的系數(shù)，θ為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角，Ω為轉(zhuǎn)子機(jī)械角頻率，q為定子或轉(zhuǎn)子的孔口數(shù)，Aδ為閥孔全關(guān)時的等效泄漏截面積，得到式

表示的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時定子孔口被轉(zhuǎn)子葉片遮擋的截面積；

(3)在極坐標(biāo)下應(yīng)用數(shù)學(xué)分析，建立閥孔關(guān)閉過程中定子孔口被轉(zhuǎn)子葉片遮擋的截面積微元并進(jìn)行微元面積的積分，得到式

表示的定子孔口被轉(zhuǎn)子葉片遮擋的截面積，其中，ri為定子半徑，r(θ)為定子孔口的極坐標(biāo)函數(shù)；

(4)將步驟(3)中的公式整理得到式

表示的定子孔口的極坐標(biāo)函數(shù)，以極坐標(biāo)函數(shù)的曲線圖來描述定子孔口的平面結(jié)構(gòu)；根據(jù)計算得到的定子孔口的平面幾何形狀為曲邊三角扇形，三角扇形的一個頂點(diǎn)為定子孔口極坐標(biāo)函數(shù)的極小值，三角扇形的圓弧邊在定子圓周上，圓弧長度為定子圓周長除以2倍的孔口數(shù)；

(5)轉(zhuǎn)子孔口的結(jié)構(gòu)設(shè)計在閥孔打開過程中實(shí)現(xiàn)，根據(jù)開閥時的閥孔流通截面積隨轉(zhuǎn)角的變化率與關(guān)閥時遮擋截面積隨轉(zhuǎn)角的變化率相同的對稱性分析，確定轉(zhuǎn)子葉片的左邊也與定子圓的徑向線重合，由此得到旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子孔口的平面結(jié)構(gòu)為四邊扇形，其中大圓弧邊在轉(zhuǎn)子圓周上，圓弧長度為轉(zhuǎn)子圓周長除以2倍的孔口數(shù)，小圓弧邊半徑為定子孔口極坐標(biāo)函數(shù)的極小值，其余兩邊與轉(zhuǎn)子的徑向線重合。