SY312型多功能泄油器設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書

SY312型卸油器設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書1一用途SY312型卸油器主要用于油田電潛泵油井，為洗井作業(yè)提供通道和在提升油管時(shí)卸油。二結(jié)構(gòu)本卸油器為雙柱塞滑閥式結(jié)構(gòu)。主要由筒體、柱塞、凡爾球、凡爾座、下接頭、剪切銷及防砂帽等組成。柱塞由兩部分組成，上部為主柱塞，下部為副柱塞，主、副柱塞通過(guò)螺紋連接為一體，安裝在筒體內(nèi)。主柱塞內(nèi)部設(shè)有凡爾球和凡爾座，外壁上設(shè)有卸油孔和卸油槽，同時(shí)筒體壁上也設(shè)有卸油孔；副柱塞上設(shè)有6個(gè)剪切銷，增加或減少剪切銷的數(shù)量，可調(diào)節(jié)打開(kāi)卸油器的壓力。筒體上部裝有防砂帽，下部安裝有轉(zhuǎn)換連接的下接頭。卸油器上、下端分別為31/2外加厚油管螺紋連接。三工作原理當(dāng)井下采油電泵正常工作時(shí)，來(lái)自卸油器下部的泵壓將凡爾球頂開(kāi)，實(shí)現(xiàn)正常采油。當(dāng)需要卸油時(shí)，關(guān)掉采油電泵，凡爾球自動(dòng)落回球座座封，這時(shí)從井口通過(guò)生產(chǎn)管柱向井內(nèi)施加壓力，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，剪切銷被剪斷，柱塞向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)柱塞下端與下接頭上端相接觸時(shí)，柱塞上的卸油槽與桶體上的卸油孔對(duì)齊，卸油器開(kāi)始卸油。當(dāng)井下電泵重新啟動(dòng)時(shí)，由于下部副柱塞的面積大于上部主柱塞面積，這個(gè)面積差在泵壓的作用下，推動(dòng)柱塞上行復(fù)2位，使油井恢復(fù)正常生產(chǎn)。防砂帽罩住柱塞，可防止井液中的細(xì)砂或其他臟物進(jìn)入柱塞工作面。四主要技術(shù)參數(shù)工作通徑50MM工作壓力21MPA工作行程36MM開(kāi)啟壓力298817265MPA復(fù)位壓力210MPA五設(shè)計(jì)計(jì)算1流體流過(guò)卸油器時(shí)的壓力損失（1）計(jì)算條件流量Q210M3/H壓力P68MPA流體密度1000KG/M3流體動(dòng)力粘度200300厘泊002003KGS/M20203PAS（2）計(jì)算雷諾數(shù)VDRE式中D卸油器最小的孔徑，D40MM流體的平均流速3AQQ流量，取最大值，Q10M3/HA卸油器最小過(guò)流面積23210564MDSMHAQ/217896053V流體的運(yùn)動(dòng)粘度3109428G3019423VDRE對(duì)于圓柱滑閥孔，其臨界雷諾數(shù)為RE（L）260RERE（L）卸油器內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)為層流。（3）計(jì)算壓力損失由于卸油器內(nèi)部各直徑段的長(zhǎng)度很小，沿程壓4力損失可以忽略不計(jì)，故只計(jì)算局部壓力損失。副柱塞下端入口處D155MMD070MMB123MMM57201根據(jù)公式211P式中1局部阻力系數(shù)1D1235504205取105流體密度，按水的密度1000KG/M3流體的平均流速1SMHDAQO/17/420510221PA3421705215副柱塞上部變徑處2P122A取0232D155MMD240MM23107524MA23210564MDA108723SMHAQ/21/7829614PA264210182凡爾球處6233P取305221M/SPA12105233網(wǎng)孔部分244取41244DQAM61270544SMHDQA/9510/342612447PA24591012244防砂帽上部出口處255P取5034SMHDAQ/810/432961255PA5412810302255卸油器總的局部壓力損失PP1P2P3P4P5342264122145221115423907PA00024MPA由以上計(jì)算可知，卸油器總的局部壓力損失很小，所以，在以后的計(jì)算中可以不于考慮。82計(jì)算剪切壓力剪切銷直徑6MM剪切銷數(shù)量6個(gè)選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)理處，HB217225極限抗拉應(yīng)力B650MPA根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式0608B極限剪切應(yīng)力07650455MPA根據(jù)公式XAF式中FX剪切力，QXPDF42DX主柱塞直徑，DX80MMPQ剪切壓力，MPAAX剪切銷截面積，42XD1個(gè)剪切銷的剪切壓力MPADDXXQ56280422196個(gè)剪切銷的剪切力MPAPQ3615263柱塞下行時(shí)摩擦阻力和運(yùn)動(dòng)件自重的影響1柱塞、凡爾球、凡爾座及隨柱塞運(yùn)動(dòng)的其他運(yùn)動(dòng)零件的重量共為FS604KG604N2柱塞運(yùn)動(dòng)時(shí)O形密封圈的摩擦阻力柱塞上共設(shè)有4個(gè)O形密封圈，其中主柱塞設(shè)3個(gè)，副柱塞設(shè)1個(gè)。由于主、副柱塞直徑相差不大，且主柱塞上的密封圈數(shù)量多于副柱塞上的密封圈，為了簡(jiǎn)便，計(jì)算時(shí)按主柱塞參數(shù)計(jì)算（后面的計(jì)算與此相同）。主柱塞直徑DX80MM副柱塞直徑DZ92MM密封槽深度HO3195MMO形圈截面直徑DO355MMO形圈材質(zhì)氫化丁腈橡膠，硬度HS80。由于最大的摩擦阻力發(fā)生在剪切銷被剪斷，柱塞剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)O形圈的工作情況接近靜密封，因此，近似地按靜密封進(jìn)行計(jì)算。O形圈壓縮率1010ODHO形圈工作密封面長(zhǎng)度MDLOO3615310402O形圈工作密封面長(zhǎng)度LO內(nèi)接觸面壓力POPCOPO式中PCOO形圈的初始?jí)毫?，即O形圈在密封槽內(nèi)定位后彈性變形時(shí)摩擦面產(chǎn)生的平均接觸壓力,稱為預(yù)接觸壓力。MPAEHPOCO1LN21E材料的彈性模數(shù)；E3GMPAG材料的彈性模數(shù)；G0117E0034HSE30117E0034HS30117E003480533MPA11MPAEHOCO95010LN3512L22PO介質(zhì)作用接觸壓力，即介質(zhì)壓力經(jīng)O形圈傳給接觸面的接觸壓力。POKP1MPAK側(cè)壓系數(shù)；1O形圈的泊松比，對(duì)于橡膠密封件，0480496，取04859420851KP1柱塞下行時(shí)的介質(zhì)壓力，由剪切銷的數(shù)量確定。P1PQ2561536MPAPOKP10942（2561536）241214469MPAPOPCOPO120995（241214469）340715464MPAO形圈與筒體之間的摩擦力FF2FDXLOPO式中F剪切銷被剪斷，柱塞向下運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)O形圈對(duì)筒體密封面的摩擦系數(shù)，按靜密封無(wú)潤(rùn)滑情況考慮，取F09FF20980136（340715464）2092695094N（3）剪斷剪切銷所須的剪切力NPDFXQ647181286350412（4）摩擦阻力和運(yùn)動(dòng)件自重對(duì)柱塞下行的影響柱塞開(kāi)始下行所須的力（卸油器開(kāi)啟力）FFQFFFS（12861447716864）（2092695094）60415014448673844N剪斷剪切銷所須的實(shí)際壓力，即柱塞開(kāi)始下行時(shí)所須的壓力（卸油器開(kāi)啟壓力）13MPADFPXS2651798043842以上計(jì)算說(shuō)明，由于摩擦阻力和運(yùn)動(dòng)件自重的影響，柱塞開(kāi)始下行時(shí)所須的壓力大于斷剪切銷所須的壓力。4摩擦阻力、運(yùn)動(dòng)件自重及28卸油孔對(duì)復(fù)位的影響復(fù)位壓力210MPA流量230M3/H（1）28卸油孔對(duì)柱塞上部所產(chǎn)生的壓降根據(jù)公式2KKP取K13SMHDQAXK/829056143022PAPKK7469128905032214不同流量下28卸油孔對(duì)柱塞上部所產(chǎn)生的壓降見(jiàn)下表QM3/H23468PKPA196644779517883179由此可見(jiàn)，油孔對(duì)柱塞上部所產(chǎn)生的壓降很小，在計(jì)算復(fù)位力時(shí)可以不于考慮。（2）O形圈摩擦阻力復(fù)位時(shí)的接觸壓力MPAPCO式中預(yù)接觸壓力。MPAEHOCO95010LN3512L22介質(zhì)作用接觸壓力；PAK1K側(cè)壓系數(shù)；1O形圈的泊松比，取0485159420851K柱塞復(fù)位時(shí)的介質(zhì)壓力，1PMPA1POKP10942（210）1884942MPAPOPCOPO0995（1884942）282610362MPAO形圈與筒體之間的摩擦力FF2FDXLOPO式中F柱塞向上運(yùn)動(dòng)剛開(kāi)始時(shí)O形圈對(duì)筒體密封面的摩擦系數(shù)，按靜密封無(wú)潤(rùn)滑情況考慮，取F09FF20980136（282610362）173786372N（3）運(yùn)動(dòng)件自重FS604KG604N（4）柱塞最小復(fù)位力柱塞最小復(fù)位力16NFDPFWFXZW2179846081734MIN2MIN柱塞最小復(fù)位壓力MPAXZINMIN5強(qiáng)度校核（1）筒體及下接頭強(qiáng)度校核由于筒體及下接頭材料為35CRMO，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，機(jī)械性能可達(dá)到N80油管材料性能，且壁厚大于31/3EUE油管壁厚，故不需進(jìn)行強(qiáng)度校核。（2）危險(xiǎn)截面懸重計(jì)算由工作圖可知，卸油器的危險(xiǎn)截面是筒體4EU螺紋退刀槽處。外徑D0114MM內(nèi)徑DI987MM危險(xiǎn)截面面積2206547981MDAIN屈服強(qiáng)度S550MPA17許用應(yīng)力NS式中N安全系數(shù)，取N2MPANS2750根據(jù)公式NAF式中FN卸油器下部懸掛最大重量AN危險(xiǎn)截面面積FNAN275255