SY312型多功能泄油器设计计算说明书

SY312型卸油器设计计算说明书1一用途SY312型卸油器主要用于油田电潜泵油井，为洗井作业提供通道和在提升油管时卸油。二结构本卸油器为双柱塞滑阀式结构。主要由筒体、柱塞、凡尔球、凡尔座、下接头、剪切销及防砂帽等组成。柱塞由两部分组成，上部为主柱塞，下部为副柱塞，主、副柱塞通过螺纹连接为一体，安装在筒体内。主柱塞内部设有凡尔球和凡尔座，外壁上设有卸油孔和卸油槽，同时筒体壁上也设有卸油孔；副柱塞上设有6个剪切销，增加或减少剪切销的数量，可调节打开卸油器的压力。筒体上部装有防砂帽，下部安装有转换连接的下接头。卸油器上、下端分别为31/2外加厚油管螺纹连接。三工作原理当井下采油电泵正常工作时，来自卸油器下部的泵压将凡尔球顶开，实现正常采油。当需要卸油时，关掉采油电泵，凡尔球自动落回球座座封，这时从井口通过生产管柱向井内施加压力，当压力达到一定值时，剪切销被剪断，柱塞向下运动，当柱塞下端与下接头上端相接触时，柱塞上的卸油槽与桶体上的卸油孔对齐，卸油器开始卸油。当井下电泵重新启动时，由于下部副柱塞的面积大于上部主柱塞面积，这个面积差在泵压的作用下，推动柱塞上行复2位，使油井恢复正常生产。防砂帽罩住柱塞，可防止井液中的细砂或其他脏物进入柱塞工作面。四主要技术参数工作通径50MM工作压力21MPA工作行程36MM开启压力298817265MPA复位压力210MPA五设计计算1流体流过卸油器时的压力损失（1）计算条件流量Q210M3/H压力P68MPA流体密度1000KG/M3流体动力粘度200300厘泊002003KGS/M20203PAS（2）计算雷诺数VDRE式中D卸油器最小的孔径，D40MM流体的平均流速3AQQ流量，取最大值，Q10M3/HA卸油器最小过流面积23210564MDSMHAQ/217896053V流体的运动粘度3109428G3019423VDRE对于圆柱滑阀孔，其临界雷诺数为RE（L）260RERE（L）卸油器内流体流动状态为层流。（3）计算压力损失由于卸油器内部各直径段的长度很小，沿程压4力损失可以忽略不计，故只计算局部压力损失。副柱塞下端入口处D155MMD070MMB123MMM57201根据公式211P式中1局部阻力系数1D1235504205取105流体密度，按水的密度1000KG/M3流体的平均流速1SMHDAQO/17/420510221PA3421705215副柱塞上部变径处2P122A取0232D155MMD240MM23107524MA23210564MDA108723SMHAQ/21/7829614PA264210182凡尔球处6233P取305221M/SPA12105233网孔部分244取41244DQAM61270544SMHDQA/9510/342612447PA24591012244防砂帽上部出口处255P取5034SMHDAQ/810/432961255PA5412810302255卸油器总的局部压力损失PP1P2P3P4P5342264122145221115423907PA00024MPA由以上计算可知，卸油器总的局部压力损失很小，所以，在以后的计算中可以不于考虑。82计算剪切压力剪切销直径6MM剪切销数量6个选用45号钢，调质理处，HB217225极限抗拉应力B650MPA根据经验公式0608B极限剪切应力07650455MPA根据公式XAF式中FX剪切力，QXPDF42DX主柱塞直径，DX80MMPQ剪切压力，MPAAX剪切销截面积，42XD1个剪切销的剪切压力MPADDXXQ56280422196个剪切销的剪切力MPAPQ3615263柱塞下行时摩擦阻力和运动件自重的影响1柱塞、凡尔球、凡尔座及随柱塞运动的其他运动零件的重量共为FS604KG604N2柱塞运动时O形密封圈的摩擦阻力柱塞上共设有4个O形密封圈，其中主柱塞设3个，副柱塞设1个。由于主、副柱塞直径相差不大，且主柱塞上的密封圈数量多于副柱塞上的密封圈，为了简便，计算时按主柱塞参数计算（后面的计算与此相同）。主柱塞直径DX80MM副柱塞直径DZ92MM密封槽深度HO3195MMO形圈截面直径DO355MMO形圈材质氢化丁腈橡胶，硬度HS80。由于最大的摩擦阻力发生在剪切销被剪断，柱塞刚开始运动时，此时O形圈的工作情况接近静密封，因此，近似地按静密封进行计算。O形圈压缩率1010ODHO形圈工作密封面长度MDLOO3615310402O形圈工作密封面长度LO内接触面压力POPCOPO式中PCOO形圈的初始压力，即O形圈在密封槽内定位后弹性变形时摩擦面产生的平均接触压力,称为预接触压力。MPAEHPOCO1LN21E材料的弹性模数；E3GMPAG材料的弹性模数；G0117E0034HSE30117E0034HS30117E003480533MPA11MPAEHOCO95010LN3512L22PO介质作用接触压力，即介质压力经O形圈传给接触面的接触压力。POKP1MPAK侧压系数；1O形圈的泊松比，对于橡胶密封件，0480496，取04859420851KP1柱塞下行时的介质压力，由剪切销的数量确定。P1PQ2561536MPAPOKP10942（2561536）241214469MPAPOPCOPO120995（241214469）340715464MPAO形圈与筒体之间的摩擦力FF2FDXLOPO式中F剪切销被剪断，柱塞向下运动开始时O形圈对筒体密封面的摩擦系数，按静密封无润滑情况考虑，取F09FF20980136（340715464）2092695094N（3）剪断剪切销所须的剪切力NPDFXQ647181286350412（4）摩擦阻力和运动件自重对柱塞下行的影响柱塞开始下行所须的力（卸油器开启力）FFQFFFS（12861447716864）（2092695094）60415014448673844N剪断剪切销所须的实际压力，即柱塞开始下行时所须的压力（卸油器开启压力）13MPADFPXS2651798043842以上计算说明，由于摩擦阻力和运动件自重的影响，柱塞开始下行时所须的压力大于断剪切销所须的压力。4摩擦阻力、运动件自重及28卸油孔对复位的影响复位压力210MPA流量230M3/H（1）28卸油孔对柱塞上部所产生的压降根据公式2KKP取K13SMHDQAXK/829056143022PAPKK7469128905032214不同流量下28卸油孔对柱塞上部所产生的压降见下表QM3/H23468PKPA196644779517883179由此可见，油孔对柱塞上部所产生的压降很小，在计算复位力时可以不于考虑。（2）O形圈摩擦阻力复位时的接触压力MPAPCO式中预接触压力。MPAEHOCO95010LN3512L22介质作用接触压力；PAK1K侧压系数；1O形圈的泊松比，取0485159420851K柱塞复位时的介质压力，1PMPA1POKP10942（210）1884942MPAPOPCOPO0995（1884942）282610362MPAO形圈与筒体之间的摩擦力FF2FDXLOPO式中F柱塞向上运动刚开始时O形圈对筒体密封面的摩擦系数，按静密封无润滑情况考虑，取F09FF20980136（282610362）173786372N（3）运动件自重FS604KG604N（4）柱塞最小复位力柱塞最小复位力16NFDPFWFXZW2179846081734MIN2MIN柱塞最小复位压力MPAXZINMIN5强度校核（1）筒体及下接头强度校核由于筒体及下接头材料为35CRMO，经调质处理，机械性能可达到N80油管材料性能，且壁厚大于31/3EUE油管壁厚，故不需进行强度校核。（2）危险截面悬重计算由工作图可知，卸油器的危险截面是筒体4EU螺纹退刀槽处。外径D0114MM内径DI987MM危险截面面积2206547981MDAIN屈服强度S550MPA17许用应力NS式中N安全系数，取N2MPANS2750根据公式NAF式中FN卸油器下部悬挂最大重量AN危险截面面积FNAN275255