抗反冲阀内部流场及关断特性的数值模拟分析.pdf
《抗反冲阀内部流场及关断特性的数值模拟分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《抗反冲阀内部流场及关断特性的数值模拟分析.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、海洋石油装备抗反冲阀内部流场及关断特性的数值模拟分析刘姣利 王 雷 邓 荣 刘明洋 李小兵 李 鹏(中油国家油气钻井装备工程技术研究中心有限公司 宝鸡石油机械有限责任公司 成都国科检测技术有限公司)刘姣利 王雷 邓荣 等.抗反冲阀内部流场及关断特性的数值模拟分析.石油机械 ():.():.摘要:抗反冲阀是隔水管张紧系统的关键设备 对抗反冲阀的液压原理和机械结构进行了设计 并建立了三维仿真模型 利用计算流体力学有限元仿真平台 设定阀张紧液缸口边界条件为流体流量 模拟液缸运动形成的流量变化 分析了主阀口不同开度下主流道内部流场的流速和压力分布 以及主阀芯所受轴向液动力的变化情况 将仿真分析数据和结
2、果应用到以抗反冲阀测试系统为基础 建立抗反冲阀动态仿真模型 进一步分析了阀的动态关断特性 仿真结果表明:该阀的内部流场静态性能优良 主阀芯动态关断响应迅速 满足设计要求 研究结果可为抗反冲阀的国产化设计制造提供参考关键词:抗反冲阀 静态性能 动态性能 关断特性 隔水管张紧器中图分类号:文献标识码:/(.):.:年 第 卷 第 期石 油 机 械 基金项目:中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发项目“水下采油树关键部件国产化研制”()引 言深海油气开采一般采用半潜式钻井平台和钻井船 种浮式装置 其在海上处于漂浮状态 受风、浪及海流的影响会发生横摇、纵摇及升沉运动 需要采用可靠的动力定位系统对
3、其定位 隔水管的主要功能是连接浮式钻井平台与海底井口 隔离海水、提供钻井液循环的回路 同时为钻具送入海底井口提供载体 并为浮式钻井平台进行升沉补偿等 隔水管张紧补偿系统是深水钻井平台重要组成部分 可以为隔水管顶部提供垂向张力 控制隔水管系统的位移和应力 在浮式平台做垂直或水平运动时 使隔水管的张力近似保持恒定抗反冲阀是隔水管张紧补偿系统的核心部件安装在张紧系统液气弹簧的主流通道上 本质上是一种流量自动控制装置 该阀流量控制方式可分为限速节流保护和可控关闭 分别参与隔水管张紧补偿系统机械连接失效时的应急保护和隔水管紧急脱离时的抗反冲控制 以达到保护系统设备和平台人员安全的目的 限速节流保护的基本
4、原理是当过阀流量超过阀设计通流最大值时 阀进出口压差增大 驱动主阀芯关闭 切断油路通道以保护系统安全 可控关闭的基本原理是在隔水管紧急脱离时 控制系统通过阀内集成比例换向阀及阀芯位置传感器自动控制主阀芯开口大小 控制张紧器液缸活塞运动速度及张紧器张力 以保护系统安全与普通流量控制阀相比 抗反冲阀要求通流能力大(通常大于 /)、响应速度快、可靠性高 又因其集成度高 所以流道结构复杂为确保设计可靠、节约物力 利用仿真软件对其进行静、动态性能仿真分析则尤为必要目前 抗反冲阀的主要制造商是美国奥盖尔()公司 其制造的抗反冲阀具有集成度高、响应速度快、抗反冲控制效果好、应用流量大等优点 在全球钻井平台应
5、用广泛 处于行业垄断地位 其余如美国的 公司、德国的力士乐公司也有相应产品 但其使用效果和性能与奥盖尔公司的产品还有一定差距 国内现阶段还没有基于具体结构设计而进行的抗反冲阀静、动态结合仿真分析研究 更多的是基于抗反冲阀工作原理、隔水管抗反冲控制工况特点 进行的抗反冲控制系统控制算法、参数研究 例如王波等利用仿真软件搭建了隔水管张紧系统抗反冲模型 设计了抗反冲控制算法 验证了抗反冲阀理论参数设置和控制算法的有效性及可靠性 李欢等利用仿真软件搭建了抗反冲控制模型 就相关控制参数及隔水管脱离时刻对整个抗反冲控制系统的影响进行了研究 费凌等以某钻井平台为依据 设计了一种抗反冲阀利用仿真软件验证了该阀
6、在液缸式隔水管张紧系统中的抗反冲控制效果制约抗反冲阀设计研制的主要因素是其结构紧凑、复杂 集成控制阀件定制化程度高 配套试验测试系统投入成本高 因此在抗反冲阀结构设计过程中 通过仿真软件进行阀结构设计、静动态性能研究 对于抗反冲阀实现样机制造和工业应用有着实际意义 技术分析 工作原理抗反冲阀有 种工作状态 分别是限速节流保护和可控关闭 分析其工作原理和工况要求 设计液压工作原理简图如图 所示球阀 过滤器 比例阀 单向阀电磁换向阀 位移传感器 液动换向阀 液控插装阀 先导液缸 主阀芯图 抗反冲阀液压原理简图 在限速节流保护工况下 比例阀、电磁换向阀断电 蓄能器端口和张紧液缸端口油压分别通过液控插
7、装阀与先导液缸塞腔和杆腔接通 抗反冲阀依赖油液通过主阀流道产生足够大的压降来克服先导液缸杆腔弹簧力 使主阀芯关闭 当通过流量小于阀设计关断流量时 压降小于弹簧力 主阀芯保持 石 油 机 械 年 第 卷 第 期常开 阀正常通流 当通过流量大于阀设计关断流量时 压降大于弹簧力 主阀芯关断从而降低张紧器液缸活塞的运动速度 保护系统设备安全 主阀芯上开有节流口可确保张紧器液缸活塞柔性停止当蓄能器端和张紧器液缸端压力相等后 主阀芯在弹簧作用下重新开启 抗反冲阀恢复正常通流在可控关闭工况下 通过比例阀控制先导液缸塞腔和杆腔的进油量来控制主阀芯运动 比例阀和主阀芯位置传感器接入钻井平台反冲控制系统 当水下隔
8、水管总成()与水下防喷器()紧急断开后 比例阀根据控制系统指令 以其要求的速度控制主阀芯关闭、保持或重新开启 以配合张紧器紧急脱离程序保护系统设备安全 在此模式下 阀门不再提供防止软管破裂保护 为产生足够的力来驱动主阀芯动作 主阀芯和阀座的通流尺寸设计为小于进出油口面积 以提高流速从而增加压差 可控关闭主要依靠比例阀对主阀芯的运动进行控制 其动态特性主要取决于比例阀的特性 因此 本文仅针对限速节流保护模式进行仿真分析根据抗反冲阀实际使用工况要求的限速节流保护和可控关闭 以及过阀流量巨大、响应速度快、集成度高和可靠性好等性能要求 设计了一种新型抗反冲阀机械结构 其结构简图如图 所示 主阀芯两端分
9、别接蓄能器(进油口)和张紧器液缸(出油口)主阀芯由先导液缸驱动 先导液缸塞腔与蓄能器端相连 杆腔带弹簧与张紧器液缸端相连 在弹簧作用下主阀芯常开 先导液缸装有位置传感器 用来监测主阀芯位移主阀块 单向阀 中间阀块 液控插装阀 液动换向阀 上阀块 电磁换向阀 位移传感器 先导液缸 主阀芯图 抗反冲阀结构简图 抗反冲阀主要参数本文以我国某平台隔水管张紧系统抗反冲阀工作参数为参考进行设计研究 其中 阀主流道通径 最大工作压力 最大工作流量 /最大工作流量下压降 限速切断流量()/切断时间 工作介质水乙二醇 抗反冲阀静态仿真分析静态仿真分析的主要目的:通过阀主流道内的流速和压力分布情况 分析阀内部流场
10、静态性能及阀门通流能力 分析主阀芯和先导液缸活塞所受轴向液动力大小 控制方程及计算模型流体计算过程中要遵循质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律 由于阀主流道内流速变化较慢 本文假设流体为不可压缩流体 密度为常数质量守恒方程微分形式可简化为:()式中:、为流体质点在、这 个方向上的速度分量/动量守恒方程微分方程为:()式中:为流体密度/为哈密顿算子、为单位质量力在各坐标轴上的分力 为压力 为运动黏度/能量守恒方程为:()()()式中:为定压比热容/()为温度 为流体传热系数/()是介质在黏 性 的 作 用 下 使 机 械 能 转 化 为 热 能 的 项/()流体仿真模型采用 流体方程 可以表
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 反冲 内部 特性 数值 模拟 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。