[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

本發明公開了一種可控清管速度的清管器內部彈簧參數的計算方法，包括：確定清管器受力模擬前的基本參數；清管器受力模擬及邊界條件的設置；分析內部彈簧的受力狀態，計算內部彈簧的關鍵參數；選定內部彈簧材料，初選彈簧尺寸并校核等步驟。根據本發明公開的內部彈簧參數的計算方法設計出的彈簧可適應清管器運行的多重阻礙造成的速度波動，增加了清管器在復雜條件下運行的適應能力，使清管器的運行速度得到有效的控制，從而為油氣生產系統清管操作達到高效、安全、穩定的目的提供有力的保障。

技術領域

本發明涉及彈簧設計技術領域，具體涉及一種可控清管速度的清管器內部彈簧參數的計算方法。

背景技術

清管器，又名管道清管器，是由借助于本身動力或在油、氣流推動下，在管腔內運動，用于清潔管壁及監測管道內部狀況的工具。清管工作是油氣等管長輸管線生產一個重要環節，也是保證管輸效果最基本有效措施。清管器在管道內的運行速度，簡稱“清管速度”，清管速度控制對于優化清管操作以及增強清管效果具有重要的意義。清管速度決定清管器的清管效果，當清管器的清管速度維持恒定時，清管效果最佳。其中，一般液體管線推薦的清管器運行速度為1至5m/s，而輸氣管線的清管器運行速維持在2至7m/s時可實現高效地清管。清管器的運行速度控制技術的研究成果表明，可從改變驅動力的角度入手，即當清管器運行遇到阻礙，速度逐漸減小時，為防止清管器的運行速度過低，可通過增加清管器前后端的驅動力，使速度增加到預設的運行區間。而當清管器的運行速度過高時，可通過減小清管器的驅動力，從而降低其運行速度。清管器的旁通率是影響其驅動力的主要因素，改變驅動力的方法一般通過在清管器主軸內部開設旁通射流孔，通過旁通部分氣體，從而實現清管器前后壓差的控制，進而改變清管器的驅動力和運行速度。因此控制旁通孔的開度大小從而改變清管器的驅動力是控制清管器運行速度的有效手段。

改變旁通率控制清管速度的相關研究表明，國內外學者在清管器內部開設旁通孔，并在旁通孔的后部增設旁通控制閥門和彈簧，通過彈簧的實時伸縮來改變閥門的前后運動，從而可以實現旁通孔的開度控制，進而改變清管器的運行速度。申請號為CN201320602776.1的中國實用新型專利公開了《一種防卡堵噴氣式射流清管器》，該專利公開的清管器在正常運行時可實現一定的旁通，當清管器遇到阻礙時，通過彈簧的推動實現閥門的關閉，從而實現憋壓再啟動，進而實現對清管器的運行速度的控制。但是，該專利只是概念性地提出了彈簧的作用，并未給出清管器內部彈簧的具體參數的選取或計算的方法，導致清管器內部彈簧的設計或制造標準的制定缺乏依據及執行標準不明確，給設計師或工程師在進行清管器運行速度控制時內部彈簧設計或選型不便，從而降低了清管器運行速度控制的高效性，使油氣生產系統清管操作缺乏了高效、安全、穩定的有力保障。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可控清管速度的清管器內部彈簧參數的計算方法，用以解決設計師或工程師在進行清管器運行速度控制時內部彈簧設計或選型過程不便等問題。

本發明提供一種可控清管速度的清管器內部彈簧參數的計算方法，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。

其中，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：