[發明專利]一種可控清管速度的清管器內部彈簧參數的計算方法

在審

• 申請號: 202010529103.2
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111723444A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 李清平;劉永飛;朱軍龍;姚海元;鄭利軍;李焱;王君傲;王清;陳海宏
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油集團有限公司;中海油研究總院有限責任公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 謝斌

1.一種可控清管速度的清管器內部彈簧參數的計算方法，其特征在于，所述計算方法包括以下步驟：

步驟S1：確定清管器受力模擬前的基本參數；

步驟S2：清管器受力模擬及邊界條件的設置；

步驟S3：分析內部彈簧的受力狀態，計算內部彈簧的關鍵參數；

步驟S4：選定內部彈簧材料，初選彈簧尺寸并校核；

步驟S5：確定內部彈簧的工作圈數和實際剛度；

步驟S6：調整內部彈簧預壓縮量和彈簧工作行程；

步驟S7：計算內部彈簧的結構參數：彈簧節距p、螺旋升角α、總圈數n₁、自由高度H₀和安裝高度H₁。

2.如權利要求1所述的可控清管速度的清管器內部彈簧參數的計算方法，其特征在于，所述步驟S2包括以下步驟：

清管器在管道內的運行速度解析方程表達式為：

其中，m為清管器的質量，單位為kg；V_pig為清管器在管道內的運行速度，單位為m/s；t為清管器在管道內的運行時間，單位為s；A_pipe為管道的橫截面積，單位為m²；A_h為旁通孔的橫截面積，單位為m²；P₁、P₂分別為管道內清管器后方和前方的壓力，單位為Pa；F_hd為氣體對旁通孔壁的剪切拖曳力，單位為N；F_fric表示作用于清管器上的摩擦力，單位為N；α為清管器運行方向與水平線的傾角；

設定初始值及邊界條件。

3.如權利要求1所述的可控清管速度的清管器內部彈簧參數的計算方法，其特征在于，所述步驟S3包括以下步驟：

步驟S31：計算穩定運行狀態下的旁通控制閥門的受力F₁和危險工況狀態下的旁通控制閥門的受力值F₂，其計算分別如式(1)和(2)：

F₁＝KX (1)

其中，X為內部彈簧的預壓縮量；K為內部彈簧的剛度系數；

F₂＝K(X+L) (2)

其中，X+L為內部彈簧的全壓縮量，L為彈簧的工作行程；

步驟S32：初步得出內部彈簧的預壓縮量X和剛度系數K

設當全壓縮量X+L中的L為彈簧的工作行程時的內部彈簧的剛度系數記為K，穩定運行狀態下的旁通控制閥門的受力F₁和危險工況狀態下的旁通控制閥門的受力值F₂分別與內部彈簧在預壓縮量X和全壓縮量X+L狀態下的彈力相等；

對內部彈簧進行受力平衡分析，通過式(1)和(2)初步得出內部彈簧的預壓縮量X和剛度系數K。

4.如權利要求1所述的可控清管速度的清管器內部彈簧參數的計算方法，其特征在于，所述步驟S4包括以下步驟：

步驟S41：選定內部彈簧材料，確定內部彈簧的切變模量G和許用切應力[τ]；

步驟S42：根據旁通控制閥門的閥桿直徑初步確定內部彈簧的中徑D₂和旋繞比C，其中C＝5～8，由此計算內部彈簧的線徑d和內部彈簧的曲度系數N，內部彈簧的線徑d的計算表達式如下：

內部彈簧的曲度系數N的計算表達式如下：

步驟S43：校核內部彈簧的線徑d值

內部彈簧的線徑d值的校核公式為

步驟S44：若內部彈簧的線徑d值校核不合適，則需要重新選取內部彈簧的中徑D₂和旋繞比C，重復步驟S41至步驟S42，直至內部彈簧的線徑d值校核合適為止。

5.如權利要求1所述的可控清管速度的清管器內部彈簧參數的計算方法，其特征在于，所述步驟S5包括以下步驟：

內部彈簧的工作圈數n的計算公式為：

對內部彈簧的工作圈數n進行圓整，再利用圓整的n值計算內部彈簧的實際剛度系數K，其表達式為：