【文章內容簡介】 膠筒） 。 （ 4） 結構參數 根據《采油技術手冊》 p640 表 841，以及封隔器的最大外徑參數為∮115mm，選擇封隔器型號：玉 757。其 長膠筒和短膠筒的技術規(guī)范如下表 ??7 ： 表 66 膠筒的技術規(guī)范 Ｌ l D d 長膠筒 95 65 115 74 高壓單管封隔器設計 13 短膠筒 80 50 115 74 根據結構特征和壓差求坐封 力 大量使用封隔器的經驗表明，坐封載荷的大小取決于膠筒的結構，所承受的工作壓差以及其他因數。 （ 1）計算封隔器膠筒的軸向相對變形 ??1 ? ?1222 oozooR R RRR?????? ? （ 61） 式中 oR? 套管內徑， oR? =； 1R 膠筒外徑， 1R =； oR 膠筒內徑， oR =37mm。 可得 z? = （ 2）膠筒的軸向壓縮距離 h h=z? H （ 62） 式中： z? = H為三膠筒的總長度， H=270mm 由上可得，膠筒的軸向壓縮距離 h= （ 3） 保證密封元件密封所需的總壓縮力為 ??1 F=Fe+F△ p （ 63） 式中 Fe將密封元件壓貼在接觸套管所需的壓縮力 ； F△ p在壓差△ p 的作用下，為達到密封所要求的壓縮力。 1） 求解將密封元件壓貼在接觸套管所需的壓縮力 Fe ? ?11 o oER RR? ?? ? ??Fe=2 （ 64） 式中 E膠筒彈性模數， 由《機械設計手冊》 ??10 上冊第一分冊 P4 表 17得： E= oR? 套管內徑， oR? =； 1R 膠筒外徑， 1R =。 ? 泊松比，參見《壓縮式縮徑井封隔器膠筒的結構優(yōu)化研究》 ， ?。? = 根據計算 可得 ： Fe = 2） 求解在壓差△ p的作用下，為達到密封所要求的壓縮力 F△ p ? ?? ?? ?2 2 2 2141P o o oozP R R R RFfR h??????= （ 65） 14 式中 oR? 套管內徑， oR? =； 1R 膠筒外徑， 1R =； oR 膠筒內徑， oR =37mm； P 工作壓差， P =50MPa； f 膠筒與套管內壁的摩擦系數， 參見《封隔器理論基礎與應用》??1 P41 ?。?f =； h 工作 膠筒的長度， h =80mm。 根據計算可得： PF = 由此可得出保證密封元件密封所需的總壓縮力為 ： F= 計算膠筒與 套 管間的接觸應力 膠筒能夠承受壓力的多少取決于接觸應力 rPw ,工作膠筒一般處于穩(wěn)定 變形階段，其接觸應力 rPw 的計算公式由《壓縮式封隔器膠筒耐溫耐壓淺析》 ??27 式（ 12）可得： ? ?r 12 2 2 22P 1 ( ) ( 1 ) ( )wz OOO O O OE R R RTP R R R R????? ? ? ? ???? ? ???? ? ? ??? （ 66） 式中 T = F= ? 泊松比，參見《壓縮式縮徑井封隔器膠筒的結構優(yōu)化研究 》?。? = E膠筒彈性模數，由《機械設計手冊》上冊第一分冊 P4 表 17 得：E= zP 膠筒承受壓差時高壓端壓力： zP =50MPa oR? 、 oR 、 1R 取值同前 由此可得 ： rPw = 查《機械設計手冊》上冊第一分冊 P600 可得，橡膠的 扯斷強度為，由此可看出 ： rPw 所以膠筒能在井下正常工作。 確定 膠筒與套管內壁的 最大許用間隙 由《封隔器理論基礎與應用》式 258 可得： ? ? ? ?m a x 112()2 (1 0 0 )o ORuR R? ???? （ 67） 式中 ??? 為彈性體許用相對軸向變形，取 ??? =300 由此可得 maxou =，而本設計中的 ou = oR? 1R = maxou ,選 取膠筒尺寸合高壓單管封隔器設計 15 理。 確定中心管截面尺寸 （ 1）中心管材料的選擇 根據《機械設計手冊》上冊第一分冊 P479，選擇中心管的材料為 35CrMo，并 可知該材料的屈服強度為 。 （ 2） 安全 系數的選擇 根據《 機械設計 》 ??18 教科書Ｐ 366，對用于材料均勻，載荷與應力計算精確時 S=～ ，由于封隔器的工作條件較惡劣，因此選取 S=。 （ 3）中心管的外徑選擇 由于在與封隔器膠筒重合的部分間有襯套， 膠筒內徑為 74mm，則取中心管的外徑為 68mm，即 bR 。 （ 4）中心管內徑的選擇 根據中心管所受的軸向力和材料的屈服強度進行選擇。 ? ?22SbaF? ??（R R ） （ 68） 式中 aR中心管內半徑 bR 中心管外半徑 ， bR =34mm ? ?S? 極限應力 則 ? ?S? 的取值 由公式 ? ? SS S?? ? 確定，由前述取 S? = MPa， S=。 可得 ： ? ?S? = MPa，從而可得中心管的內徑 aR ≤ 由于考慮到 中心管在工作中還存在其 他的因數力的影響，比如液體壓力等，所以中心管的內徑盡量取小一點，再根據中心管上端與上接頭的連接是標準油管螺紋連接，查標準只有 2″ 的螺紋連接符合，同時根據封隔器的最小內徑選擇范圍，選取中心管內徑為 50mm，即 aR =25mm，這樣中心管管壁厚為 9mm，對于其結構強度來講應該是比較符合要求的。 所以取 aR =25mm。 液缸的缸壁厚度設計計算 （ 1）液缸材料的選取 根據《機械設計手冊》上冊第一分冊 P479，選擇液缸的材料為 35CrMo，并可知該材料的屈服強度為 。 （ 2）液缸井下受力分析 根據液缸在井下的受力情況，液缸主要承受軸向 壓力 ，以及液壓對缸壁的剪切力，一般情況下取軸向壓應力等于軸向拉應力。 16 （ 3） 液缸的截面尺寸確定 根據公式 ? ? ? ?221 C SFRR? ??? （ 69） 式 中 1R封隔器最大外徑， 1R =； CR 液缸的內徑； ? ?S? 為極限應力，取值同前， ? ?S? = MPa。 從而求得液缸的內徑 CR ≤ 。 由于考慮液缸的其他工作條件因數，以及環(huán)境因數， CR 應在不浪費材料和不影響封隔器正常工作的條件下盡量取小值 ，因此選取 CR =53mm，這樣液缸的壁厚為 ，同時是比較合理的。 因此 取 CR =53mm。 襯套的尺寸確定 （ 1）襯套的材料選取 根據《機械設計手冊》上冊第一分冊 P479，選擇襯套的材料為 35CrMo，并可知該材料的屈服強度為 。 （ 2）襯套的受力分析 由于襯套在封隔器中只起定位作用，主要作用是為解封方式提供了一個軌道，因此基本上不受力，只是在與上接頭 接觸 處承受一部分力。 （ 3）襯套在 與膠筒接觸 處 的 截面 厚度 1? 由于膠筒內徑和中心管外徑都已確定，則襯套在與膠筒接觸處的截面厚度也隨即確定為 ObRR? ?? 式中 OR膠筒內徑， OR =37mm（ 由于膠筒裝入襯套中要撐大內徑，所以取襯套外徑為 38mm）； bR 中心管外徑， bR =34mm。 所以截面厚度 ? =4mm。 （ 4） 襯套在轉折處的截面厚度 2? 此處的截面厚度根據膠筒所受的坐封力來確定，由于襯套在軸向上受到的坐封力 F=，此作用力在該截面上產生剪力，因此根據剪應力計算公式來確定轉折處截面厚度。 根據《工程力學》 ??19 教科書 P149： ? ? ? ? ~ ??? 。 ? ?S? 的 取 值 由 公 式 ? ? SS S?? ? 確 定 ， 由 前 述 取 S? = MPa ， S= 。得??S? = MPa，取 系數為 ， 則 ??? =。 高壓單管封隔器設計 17 根據公式 ??FA??，以及 22 eAR??? 式中 eR為危險截面處的半徑，取 eR =38mm 則 2? ≥ ，根據其工作條件的復雜性，取 2? =10mm。 膠筒壓 環(huán)的尺寸確定 （ 1）膠筒壓環(huán)的 材料選取 根據《機械設計手冊》上冊第一分冊 P479，選擇襯套的材料為 35CrMo，并可知該材料的屈服強度為 。 （ 2）壓環(huán)的受力分析 壓環(huán)主要受到來自軸向液缸施加的壓力，因此壓環(huán)承受壓應力。 （ 3）確定壓環(huán)的尺寸 由于壓環(huán)是安裝在襯套上，所以其內徑 R=38mm，外徑為封隔器的最大外徑，取 R=。 （ 4） 確定 壓環(huán)的截面 厚度尺寸 3? 由（ 2）分析可知，壓環(huán)承受壓應力，在塑性材料中，拉應力 =壓應力。 效核其強度，根據公式： ? ? ? ?221 SoFRR ?? ?? （ 610） 式中 1R膠筒外徑， 1R =； oR 膠筒內徑， oR =37mm； F 坐封力， F =； ? ?S? 為極限應力，取值同前， ? ?S? = MPa 因此可得 ? ?221 oFRR? ? =＜ ? ?S? = MPa，結構合理，能在高壓下正常工作。 截面厚度尺寸 3? =20mm。 隔環(huán)的結構設計 隔環(huán)的結構設計參見《采油技術手冊》 ??7 P640，由于膠筒在工作密封時會有向兩端溢出現(xiàn)象，作為三個膠筒的中間分隔件 隔環(huán)，此時為了防止對膠筒端部的損壞，應將隔環(huán)的圓周方向上設計成弧狀，取隔環(huán)厚度為 10mm，則隔環(huán)的圓周方向設計為半徑為 5mm 的半圓狀，從而可延長密封件的壽命。 中心管上節(jié)流小孔的尺寸設計 （ 1）根據伯努利方程 221 1 2 2fP V P V gh??? ? ? ? （ 611） 18 中心管節(jié)流小孔簡圖如下：由于 P1是來自 外部的上壓， 相對而言，中心管長度 D1 孔口直徑，則 斷面 11 流速 1V 孔口處流速 2V ， 1V 可忽略不計。不計管路損失，則有 （公式見《液壓傳動氣壓傳動》 ??16 P40 （ 253）） ： 2 2/VV C P ??? （ 612） 其中 11 ( / )V a o oiC ld? ? ?? ? ? ? 根據該書 P35 取 ? 均為 ， ol =9mm， 圖 61 節(jié)流小孔簡圖 則 VC =。 由上可得 2V =則液缸要求的流量為： 22qV? A， 由計算可得 2q = 310? m/s。 （ 2） 負載要求液缸內的壓力為： /P F A? （ 613） 其中 F=； A= 22(53 37 )? ? = 2mm 則 P=。 （ 3）地面提供壓力的泵采用水力活塞泵，參見《采油技術手冊》 ??7 P245 表245，選取類型為 SHB 43? 43? ? ，其額定沖數時理論排量為 60（ 3m /日），以每天工作 8 小時計算，其泵的流量為 q =2 310? m/s （ 4）通過小孔的流量 為： Tq =q 2q =2 310? m/ 310? m/s= 310? m/s 通過小孔的流量由式（ 254）可得 ： 2/T g Oq C A P ??? （ 614） 所以小孔開口面積為 OA = 2mm ，由此可得出節(jié)流口的半徑為 。 防坐螺釘的尺