[發(fā)明專利]一種深海采油樹電液控制閥組雙電低壓換向閥設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610073549.2
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105740552B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 俞祖英;榮一轔;唐孝龍;王洪杰;徐著華;蒲志林
• 申請（專利權）人: 成都歐迅科技股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種深海采油樹電液控制閥組雙電低壓換向閥設計方法，其特征在于：所述的深海采油樹電液控制閥組雙電低壓換向閥設計方法包括如下步驟：

第一步，根據(jù)實際使用環(huán)境確定設計方案，根據(jù)閥體的深海水下運行實際環(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)境適應范圍、設閥體的各項運行技術指標及閥體的基本機械結構；

第二步，幾何尺寸校核計算，根據(jù)第一步設定的閥體技術指標及基本機械結構，對閥體的幾何尺寸進行校核計算，其中需對進出油口直徑、主球閥閥座內(nèi)孔和推桿直徑、主閥閥口最小開度及主閥芯行程進行校核計算；

第三步，閥體運行受力校核計算，根據(jù)第一步設定的運行環(huán)境及技術指標，同時結合第二步計算得到的機械結構的具體尺寸，對閥體運行情況中各受力情況進行計算校核，其中需對摩擦阻力、運動阻力、液壓卡緊力、穩(wěn)態(tài)液力、閥芯作用力及回位彈簧彈力進行校核計算；

第四步，復審校核，根據(jù)第一步的設定技術指標范圍，選定至少一組數(shù)據(jù)，并將選定數(shù)據(jù)帶入到第二步和第三步計算得到的具體數(shù)據(jù)中，然后結合閥體實際運行情況進行校核復審計算；

所述的第二步中出油口直徑、主球閥閥座內(nèi)孔和推桿直徑、主閥閥口最小開度及主閥芯行程進行校核計算公式如下：

出油口直徑計算公式： QUOTE

其中：d—油口直徑

Q--額定流量l/min；

—進出油口直徑d出油液流速，壓力越大速度越高；

主球閥閥座內(nèi)孔直徑及推桿直徑和鋼球直徑計算公式:

d1≥1/2 D1

通過閥口與推桿間環(huán)形通道的流量公式為

上式流量Q以額定流量帶入，環(huán)形通道中的油液流速V，因 QUOTE ，則

其中： QUOTE —推桿直徑

QUOTE —推桿直徑主球閥閥座內(nèi)孔直徑

QUOTE —環(huán)形通道中的油液流速

主閥閥口最小開度計算公式：

根據(jù)通過閥口的流量計算公式為：

式中：

QUOTE ——通過閥口液體流量m³/s；

QUOTE ——閥口過流面積m²；

QUOTE ——閥口兩端壓差Pa；

QUOTE ——流體密度kg/m³;

QUOTE ——為閥口流量系數(shù)；

閥口過流面積A計算公式為：

QUOTE ；

其中， QUOTE ；D——閥口直徑；

當 QUOTE 時， QUOTE ，

上式變?yōu)?/p>

QUOTE ；

所以閥的開口最小開度公式化解為：

QUOTE ；

主閥芯行程計算公式：

由閥芯的行程S必須大于 QUOTE 得：

S> QUOTE

其中：S—閥芯的行程；

QUOTE —主閥閥口最小開度；

所述的第三步中摩擦阻力、運動阻力、液壓卡緊力、穩(wěn)態(tài)液力、閥芯作用力及回位彈簧彈力的計算公式如下：

摩擦阻力計算公式：

由于QUOTE =0.55 QUOTE ；

QUOTE 為O形密封圈的端面直徑,假定在 QUOTE 的作用下，O形圈與控制活塞只發(fā)生接觸移動，而接觸寬度不變；

O形圈對控制活塞的卡緊力為

QUOTE ；

則

其中： QUOTE ——摩擦阻力；

QUOTE ——摩擦系數(shù)，取 QUOTE =0.1；

QUOTE ——活塞桿直徑；

QUOTE ——O形圈端面直徑；

QUOTE ——允許背壓；

運動阻力計算公式：

其中： QUOTE ——運動阻力；

D——控制活塞直徑；

L——控制活塞與閥體孔的接觸長度；

V——閥芯運動速度；

μ——油液動力粘度；

QUOTE ——閥芯與閥體孔的單邊配合間距；

液壓卡緊力計算時，液壓卡緊力的產(chǎn)生是因為流體在液壓閥閥芯與閥體之間的配合間隙中的流動時，由于閥芯和閥體孔有錐度和偏心量，使圓周方向的不同間隙處存在壓力分布變化，而對閥芯產(chǎn)生了一個徑向不平衡力，同時由于本設計的閥芯與閥體間采用O形密封圈密封，泄漏量幾乎為零，本設計忽略液壓卡緊力；

穩(wěn)態(tài)液力計算公式：

QUOTE （2-17）

同時，由于閥芯的結構，在閥芯換向時兩口都處于開啟狀態(tài)，一邊的液流成下流形式，一邊的液流成上流形式，但是閥芯受到的穩(wěn)態(tài)液動力都朝一個方向，都與液流方向相反，所以在計算式需計算兩個球閥的穩(wěn)態(tài)液動力；并且閥芯不管是處于左位還是右位，情況都是相同的，在計算時，只用計算閥芯在一邊的穩(wěn)態(tài)液動力，閥芯的穩(wěn)態(tài)液動力計算需計算兩種情況下的穩(wěn)態(tài)液動力，一種是小開口，即 δ=1/3δ_max，一種是閥芯全開時；

由此得到，穩(wěn)態(tài)液動力總和為：

式中：

QUOTE ——為閥口流量系數(shù)；

QUOTE ——閥口直徑；

δ——閥的開口量；

QUOTE ——閥口兩端壓差Pa；

α——液流角

閥芯作用力計算公式：

由于閥體在工作時，閥芯具備開啟和閉合兩種工作狀態(tài)，因此需要對閥芯在開啟和閉合狀態(tài)喜愛的作用力分別計算，

因此開啟狀態(tài)作用力： QUOTE

閉合狀態(tài)作用力： QUOTE

所以彈簧的剛度：

式中： QUOTE ——開啟狀態(tài)閥芯作用力；

QUOTE ——閉合狀態(tài)閥芯作用力；

QUOTE ——摩擦阻力總和；

QUOTE ——閥芯產(chǎn)生的壓力；

QUOTE ——彈簧最小工作負荷；

QUOTE ——閥芯圈打開時的穩(wěn)態(tài)液動力；

QUOTE ——小彈簧最大工作負荷；

QUOTE ——彈簧的剛度；

由此得：

開啟控制活塞

開啟控制活塞欲打開閥芯，需滿足以下條件

QUOTE ——摩擦阻力總和；

QUOTE ——閥芯產(chǎn)生的壓力；

QUOTE ——小彈簧最小工作負荷；

當閥芯到位后，需滿足以下條件:

QUOTE ——閥芯圈打開時的穩(wěn)態(tài)液動力；

QUOTE ——小彈簧最大工作負荷；

QUOTE ——鎖緊活塞作用；

為了閥能穩(wěn)定可靠的動作，取 QUOTE 最大時，即系統(tǒng)壓力最大時計算

自鎖控制活塞

自鎖控制活塞是在閥芯打開后，將閥芯頂住，迫使閥芯一直處于開啟狀態(tài)；

所以自鎖活塞需滿足以下條件

QUOTE ；

關閉控制活塞

當閥關閉時，關閉活塞推開主閥芯，此時需克服自鎖活塞的力和摩擦力還有穩(wěn)態(tài)液動力；閥關閉時P、R、C相通，閥處于卸荷狀態(tài)，自鎖活塞內(nèi)的液體失去壓力，關閉控制活塞，所以只用計算關閉控制活塞在閥開始關閉時的力；

關閉控制活塞需滿足以下條件

回位彈簧彈力計算公式：

式中：

QUOTE ——閥芯在569bar全開口時的穩(wěn)態(tài)液動力；

QUOTE ——閥芯在569bar時摩擦阻力之和；

QUOTE ——球閥芯在569bar時受到的液體壓力;

當閥芯到位后，需滿足以下條件，由于閥芯動作速度很快，小于0.01s，所以為了閥芯的可靠，假設控制活塞內(nèi)液體還沒有來得及流出，所以此處需計算控制活塞產(chǎn)生的作用力；

當閥芯到小開口位置時，需滿足以下條件，同樣需計算控制活塞產(chǎn)生的作用力；

QUOTE ——閥芯在69bar小開口時的穩(wěn)態(tài)液動力。