【正文】 m； ΔL1－中性點以上油管自重伸長長度，cm； ΔL2－中性點以下油管自重壓縮長度，cm； S－膠筒壓縮距，cm。（1）中性點封隔器坐封時加壓的管柱重量，就是封隔器的坐封載荷，由此得封隔器坐封載荷的近似計算公式P＝L2F（r－r0）或P＝L2g，則中性點深度的近似計算公式 或 式中： P－封隔器坐封載荷，公斤； g－每100厘米油管在井內(nèi)液體中的重量，公斤/厘米； F－油管環(huán)行截面積，厘米2； r－鋼的比重，公斤/厘米2； r0－井內(nèi)液體比重，公斤/厘米2。（2）油管自重伸長或自重壓縮根據(jù)材料力學(xué)得油管自重伸長長度或自重壓縮長度的計算公式： 或 式中： Δl－油管自重伸長長度或自重壓縮長度，厘米； l－油管未伸長或壓縮時的長度，厘米； E－鋼的彈性模數(shù)，106 公斤/厘米2。（3）膠筒壓縮距膠筒壓縮距，是指封隔器坐封前膠筒的自由長度減封隔器坐封后膠筒受力時的長度。因影響因素多，較難準(zhǔn)確計算，一般均用試驗方法確定。5in（指公稱直徑）膠筒為60～70mm左右。由上述公式可計算封隔器的坐封高度，坐封壓力13MPa，坐封深度1600m，其中坐封載 kN得 kg即得 mm由于 L=1600m=160000cm所以 L1=LL2===106928cm因為 γ=106kg/cm3 可得 cmcmcm因為 S=6cm所以 cm 密封的設(shè)計`液體從液缸高壓腔泄漏到低壓腔或泄漏到缸體外面去，將會造成工作機構(gòu)運動不穩(wěn)定和定位不準(zhǔn)確，容積效率低，嚴(yán)重時使系統(tǒng)壓力上不去，甚至整個系統(tǒng)無法工作。外泄還會造成工作環(huán)境污染、浪費油料等一系列弊病。因此密封裝置的質(zhì)量直接影響液壓系統(tǒng)的性能，不能忽視。對密封裝置的一般要求是，密封性好，摩擦力要小且穩(wěn)定，壽命長，裝卸方便等。當(dāng)用于高壓液缸時，對密封性的要求更高一些。當(dāng)用于低速運動的液缸時，則要求摩擦力更加穩(wěn)定，這樣運動平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行。機械設(shè)備密封性能的好壞，是衡量設(shè)備質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。因為漏油、漏水、漏氣會使機械工作不穩(wěn)定、效率下降、污染環(huán)境、影響產(chǎn)品質(zhì)量，有時還會造成設(shè)備和人身事故。為防止油、水、氣等流體介質(zhì)的漏油，在液壓和氣動機械等設(shè)備中，經(jīng)常要使用各種密封元件。以前這些具有重要作用的密封元件主要是用皮、革、麻、石棉等纖維質(zhì)的材料，所以不能完全防止泄漏。此外，這種密封元件還存在安裝溝槽較復(fù)雜，需要較大的安裝空間等缺點。隨著合成橡膠的發(fā)展，出現(xiàn)了耐油、耐熱、耐磨等具有各種特點的合成橡膠密封材料。目前，用合成橡膠材料制成的O型密封圈之所以能夠得到廣泛的應(yīng)用，一方面固然與合成橡膠的發(fā)展有關(guān)，另一方面還和O型密封圈的形狀和安裝溝槽結(jié)構(gòu)簡單，且密封性能的好壞有關(guān)。但在使用O型密封圈時必須根據(jù)機器的工作條件，選擇適當(dāng)?shù)牟牧希M行正確的設(shè)計采取有效的維護措施，否則，不僅不能保證機器在運轉(zhuǎn)時不產(chǎn)生泄漏，而且還會發(fā)生由于O型密封圈在運轉(zhuǎn)過程中的損壞所造成意想不到的故障。O型密封圈一般用耐油橡膠制成，其截面是O形。它又分固定用O形圈和運動用O形圈兩種，其尺寸大小使不一樣的。預(yù)壓縮量是保證初始密封所必需，當(dāng)壓力升高后，O形圈被壓向溝槽一側(cè)，受壓力油的作用變形，在外徑方向進一步擴大，更加貼緊在配合表面上，從而起到密封作用。O形圈的特點是：密封壓力范圍廣，靜密封可達2000105Pa。動密封低速時密封性很好，高速時有少量滲漏。結(jié)構(gòu)簡單而且一個密封圈可起到雙向密封的作用，在這些密封圈中算它的安裝空間最小，最適合與小尺寸的低壓油缸配用。運動摩擦阻力最小，但啟動摩擦阻力比運動摩擦阻力大3—4倍，這對高壓缸影響不大，但對低壓缸就可能產(chǎn)生動作遲鈍、爬行、振動等。為此，一般用減少預(yù)壓縮量，選用低硬度橡膠和摩擦系數(shù)小的聚四氟乙烯滑環(huán)等措施來減小起動摩擦阻力。總之，O形密封圈是一種被廣泛應(yīng)用的密封裝置。O型密封圈與其它密封圈相比之下取有以下優(yōu)點：（1）密封部位結(jié)構(gòu)簡單，而且重量較輕； （2）容易安裝； （3）密封性能好，用于靜密封時幾乎沒有泄漏； （4）尺寸和溝槽易被標(biāo)準(zhǔn)化，易于使用和外購。 其不足之處是： （1）啟動時摩擦阻力大； （2）用于氣動裝置的密封時需要加潤滑油，否則易磨損。 O型密封圈的材料應(yīng)按不同的要求進行選擇，適當(dāng)?shù)剡x擇合成橡膠的種類和匹配，可使 O型密封圈在60℃～200℃的范圍內(nèi)使用，一般用于氣動、液壓等機械中的封材料有丁腈橡膠 、氯丁腈橡膠、苯乙烯橡膠、硅橡膠和氟橡膠。在這里我們選用氟橡膠。氟橡膠的特性：A種氟橡膠是六氟丙烯和偏氟乙烯的共聚物（CF2CH2CFF3CF2）n氟橡膠不僅適用于高溫礦物油，而且在二脂潤滑油、硅潤滑油、硅油、鹵族碳?xì)浠衔铩⒘姿嵯狄簤河?、酸等介質(zhì)中也能很好地使用，但它耐酮和耐氨性較差。選用的O型密封圈尺寸如下：（1） 活塞處密封圈分別為Φ110Φ140x4（2） 丟手短節(jié)處密封圈為Φ804；（3） 內(nèi)中心管處密封圈為Φ854；（4） 液缸處密封圈為Φ1204。 O型密封圈示意圖3 強度校核 內(nèi)中心管壁厚的校核計算內(nèi)中心管材料選用20CrMo鋼，其許用應(yīng)力為[σ]=600MPa，設(shè)計壁厚t＝5mm。，內(nèi)中心管在力的作用下處于空間應(yīng)力狀態(tài)，有： 內(nèi)中心管空間應(yīng)力狀態(tài) 應(yīng)力分布圖由于此內(nèi)中心管只受到內(nèi)壓而無外壓，這時在上述公式中，令P0＝0，得到應(yīng)力計算公式：上式表明，σr恒為壓應(yīng)力，而σθ恒為拉應(yīng)力，沿筒壁厚度，：在筒壁的側(cè)面處，r＝a，兩者同時達到極值，因為兩者同為主應(yīng)力，故可記為：σθ＝σ1，σr＝σ3。根據(jù)最大剪應(yīng)力理論，塑性條件和強度條件分別為：式中σs為材料的屈服極限，以σr和σθ代替σ3和σ1，并令r＝a，則化為：式中 是筒壁內(nèi)側(cè)面處開始出現(xiàn)塑形變形時的內(nèi)壓力。此內(nèi)中心管內(nèi)徑d＝40mm，外徑D＝50mm，Pi＝19MPa，即a＝20mm，b＝25mm，在中心管內(nèi)壁上σθ及σr同為最大值，于是計算出第三強度理論的相當(dāng)應(yīng)力為： MPa即： 故內(nèi)中心管安全。 油缸的校核計算 活塞桿的強度校核油缸的材料選擇45鋼，σp＝280MPa，σs＝355MPa，E＝210GPa。液缸的活塞在受到較大力的作用時，由于下端固定，同時，活塞長度較長，將表現(xiàn)出與強度失效全然不同的性質(zhì)，這就需要校核活塞的穩(wěn)定性。此油缸的活塞是空心圓管，外徑和內(nèi)徑分別為142mm和138mm，活塞桿長100mm，活塞桿橫截面寬度慣性矩是：m4由于，可得截面的慣性半徑：m則： 活塞桿簡化成一端自由，一端固定桿，長度系數(shù)μ＝2，柔度為：所以不能用歐拉公式計算臨界應(yīng)力，如用直線公式，查得優(yōu)質(zhì)碳鋼的a和b分別是：a＝461MPa，b＝。由公式：可見活塞桿的柔度，即是小柔度桿，應(yīng)按強度問題計算。活塞桿受到的最大壓力為7MPa，而MPa。即 所以，活塞桿的強度夠。 缸筒的校核通過對應(yīng)力狀態(tài)的分析，壁厚可按厚壁筒理論圓筒公式計算。缸筒材料選用45鋼，對塑性材料用第四強度理論計算缸壁最大合成應(yīng)力σmax，為了保證油缸強度，最大合成應(yīng)力σmax應(yīng)小于或等于許用應(yīng)力[σ]，即式中 r—缸筒內(nèi)半徑；r1—缸筒外半徑；p—油鋼的許用應(yīng)力；[σ]—缸筒許用應(yīng)力。代入數(shù)據(jù)得 MPa而45鋼的[σ]b=600MPa, [σ]s=355MPa因而滿足強度要求。 上接頭凸臺處受力校核當(dāng)達到丟手壓力19MPa時，凸臺受到的力最大此時N凸臺的受力面積 s＝m2MPa所用材料為45鋼，符合要求。 鎖緊機構(gòu)的校核 外中心管上鎖緊機構(gòu)的校核此處設(shè)計了一卡簧式鎖緊機構(gòu)，其行程剛好為卡瓦撐開時上錐體下移的距離，故該鎖緊機構(gòu)鎖的是卡瓦，撐開卡瓦所需的力不很大，約為7－8MPa，按8 MPa計算，鎖緊后受到的力kN受力面積所以MPa由于外中心管的材料選用的是20鋼，其力學(xué)性能[σ]b＝410MPa，[σ]s＝245Mpa，故強度夠。 襯管上卡簧片的校核此處利用卡簧片來鎖緊膠筒，防止膠筒回彈。坐封時，壓力約為11－13MPa，按13MPa計算，分析可知，失效形式有兩種，一是卡簧片斷裂，二是襯管凹槽處失效?，F(xiàn)分析如下：（1）卡簧片校核坐封后的力 kN作用面積 得 MPa卡簧片得材料選用45Mn，其力學(xué)性能[σ]b＝620MPa，[σ]s＝375MPa，故強度夠。（2）襯管上凹槽處校核坐封完成后，卡簧片進入襯管上得凹槽處，鎖緊膠筒，F(xiàn)＝90kN作用面積 MPa襯管選用45鋼，其力學(xué)性能[σ]b＝600MPa，[σ]s＝355MPa，故強度夠。4 經(jīng)濟性分析本設(shè)計由于結(jié)構(gòu)簡單，零件較少，且加工精度較低，多半加工以粗車為主，故其成本較同類產(chǎn)品較低。估算材料費45鋼每公斤14元，合金鋼每公斤20元，經(jīng)計算可得材料費為800元；加工費1200元；管理費為（800+1200）=200元；所以加工總成本為800+1200+200=2200元。5 設(shè)計總結(jié)在此次畢業(yè)設(shè)計中，主要是對防中途坐封安全處理封隔器進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。本次設(shè)計主要是針對目前油田上的封隔器在作業(yè)時存在著中途坐封、丟手失敗、承受雙向能力差等導(dǎo)致一次成功率低的問題，設(shè)計了防中途坐封安全處理封隔器。該型封隔器是一種新型液壓封隔器，主要由坐封裝置、密封裝置、鎖緊裝置、懸掛裝置和丟手裝置組成，還設(shè)計了防中途坐封裝置、后處理安全裝置和分壓裝置。采用了液壓坐封丟手、雙錐體卡瓦錨定和上提下放管柱解封的形式，可有效防止封隔器在下井、坐封、丟手及打撈過程中井下事故的發(fā)生，提高了封隔器的工作效果。與常規(guī)液壓封隔器相比，此封隔器最大優(yōu)點就是防中途坐封能力強，在下井過程中，無論怎樣碰撞，封隔器所受到的力可以有效地通過剪釘和外中心管上的凸臺作用到外中心管上，使封隔器不會中途坐封。另外，它還具有液壓丟手靈活、防上滑、后處理方便、懸掛能力強及通徑大等特點，安全后處理裝置大大提高了后處理效率。丟手泄壓互為一體，只有丟手時才可丟手判斷明顯，靈活可靠。從而可以滿足所需要的功能。為了達到一定的要求，在必要的地方進行了強度校核，滿足了強度需求。該型封隔器設(shè)計新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，工作方便。在設(shè)計的過程中出現(xiàn)了很多問題，大多數(shù)是自己粗心造成。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我明白了細(xì)心在學(xué)習(xí)工作中的重要性，給我即將到來的工作之路提出了很多寶貴的意見，讓我受益匪淺。在此衷心感謝學(xué)校給我的這次設(shè)計機會，同時感謝徐愛榮老師，在為期三個月的畢業(yè)設(shè)計中，徐老師的不辭辛勞、悉心指導(dǎo)給了我莫大的幫助。許老師在百忙中抽出時間為我答疑，并為我查找相關(guān)的資料及為畢業(yè)論文和圖紙做審核和校對工作，僅在此向她表示由衷的感謝。在設(shè)計中，也得到同學(xué)的積極幫忙，也向他們表示感謝。最后向論文中引用到學(xué)術(shù)論文、科研成果和科技書籍的作者表示感謝。參考文獻1 胡玉志，劉克勇，王黎陽等．p90 mm金屬封隔器的研制．河南石油，2005，19(2)：66～672 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