井下安全阀关键零部件的数值研究

发布时间：2019-08-27 14:11

【摘要】：井下安全阀中的柱塞密封部件、圆柱压缩弹簧、阀板扭簧和阀板关键零部件工作性能的优劣将直接影响井下安全阀的工作可靠性,本文采用有限元仿真与理论分析相结合的方法开展上述关键零部件的研究工作。运用ANSYS软件开展O型圈、泛塞和C型环三种密封结构的密封性能仿真,分析得到在预压缩和10MPa压差作用下,O型圈、泛塞和C型环三种密封结构产生的接触应力分别为15.3MPa,23.14MPa和59.94MPa,有效密封面宽度最大的密封结构是泛塞密封圈,其次为O型圈;综合考虑仿真数据、加工工艺及工况要求等因素将泛塞密封圈作为10MPa压差下密封性能相对优越的密封形式。基于ANSYS有限元分析软件与弹簧设计理论开展圆柱压缩弹簧与阀板扭簧的应力松弛与蠕变效应研究,得到圆柱压缩弹簧在最大位移载荷260mm下的最大米塞斯应力为865MPa,满足强度要求,经过8760小时应力松弛作用,剪切应力衰减幅值由最小位移载荷下的13.38MPa增加到最大位移载荷下的140MPa,载荷损失率由0.79%增加到24.38%,残余恢复力为1002N,仍满足工作要求;而阀板扭簧在最大扭转角90°下的最大弯曲应力为664MPa,经过8760小时蠕变作用后的残余扭矩为216N.mm,均满足工作要求,扭矩载荷损失率由最小角度下的5.74%增加到最大角度下的68.34%,表明扭转角度是影响扭矩载荷损失率的主要因素之一。上述规律对圆柱压缩弹簧、阀板扭簧的结构设计、加工、安装及材料选取都具有一定的指导意义。基于准静止状态模拟法开展阀板流场、平衡孔平衡能力、冲击瞬间应力场的仿真分析,分析得到阀板两侧压力差随阀板关闭角度的增大而增大,关闭角度为85°时阀板两侧压差为6MPa,设计的平衡孔平衡压差能力达66.17%;阀板关闭瞬间产生704MPa的最大冲击等效应力,满足材料强度要求,但阀板销轴孔与阀板之间的过渡圆弧处出现应力集中易损坏,设计中应加以关注。
【图文】：

油气资源,墨西哥湾

图1-1墨西哥湾油气资源Fig1-1 Oil and gas resources in the Gulf of Mexico研究目的与意义全阀（SSCSV）的功能是实现对整个生产系统的自动安全保护，井作业。从历史统计来看，，井下安全阀失效的比率相当高，这是条件相当苛刻。美国海洋石油能源管理局统计了一些部件的失海洋已经使用的 SSSV），统计结果表明，阀类有很高的失效率（际测试的球式安全阀更容易引起安全阀的失效，其中冲蚀、腐蚀阀的损坏更为严重。

结构图,井下安全阀,结构图

结构参数等方面提供一定理论依据。国内外研究现状1 井下安全阀工作原理按照不同的分类原则井下安全阀可分为不同类型，地面控制油管回收式井下安多井下安全阀中最具代表性的类型之一。本小节利用地面控制油管回收式井下]阐述井下安全阀的基本工作原理。如图 1-3 所示，当油气井需要开启进行生产液压泵站通过液压控制系统向井下安全阀提供液压油，液压油产生的液压力将与中心管向下移动，同时柱塞压缩圆柱压缩弹簧，中心管逐渐推开阀板，为保全阀常开状态，地面液压控制系统需保持在设置的恒定压力下；当出现紧急情断生产通道时，通过地面控制系统泄掉控制管线内的液压油压力，中心管和柱压缩弹簧回复力的作用下回到原位，阀板在扭簧的作用下关闭封住油管的生井下安全阀处于关闭状态[3,4]。
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE931.2

【参考文献】