【《闸板防喷器设计》12000字】

STYLEREF"标题1"绪论 闸板防喷器设计摘要闸板防喷器是井口控制装置的重要部分，它的主要作用是在钻井、修井、试油等石油钻采过程中控制井口压力，有效地防止发生井喷事故，让井口工作更加安全。此次FZ18-21手动防喷器是在以往设计经验的基础上，从轻量化设计的角度出发对壳体、锁紧轴、缸盖以及锁紧方式进行设计简化的优化选择，并且参照相关标准要求，设计出一个新型防喷器。关键词：单闸板防喷器、结构设计目录TOC\o"1-3"\h\u1756摘要： ④侧门与壳体之间的密封装置;侧门密封总成接下来将分别依次设计选择这四个密封装置内的零件（以下设计选择为防喷器一侧的数量情况。）。4.1前密封的设计在钻井与采油过程中，闸板防喷器的两闸板之间有管柱。在发生如井喷之类的紧急情况时，闸板需要快速合拢抱死管柱。故前密封为闸板与管柱之间最直接的密封。4.1.1材料选择前密封采用柔性密封，同时在钻井采油时很大概率接触含硫物质，翻找机械设计手册第一卷的橡胶材料：选择前密封采用丁腈橡胶（NBR）。其性能如表4.1丁腈橡胶技术性能表表SEQ表\*ARABIC4.1丁腈橡胶技术性能表材料拉伸强度MPa伸长率（%）回弹率（%）硬度邵尔A长期工作温度℃最高使用温度℃丁腈橡胶（补强硫化胶）15~30300~8005~6510~100-10~1201704.1.2形状设计前密封外形为一长方体形，靠近壳体的侧面为于壳体横向孔直径相同的圆弧形，在靠近管柱一侧去掉管柱直径相似的半圆形成的形状。由于其实柔性密封，在合拢时会产生变形，故在去掉的半圆中间还预留一定的余量。同时在前密封的远离管柱的一侧还拥有两个固定的通孔，用于将前密封安装在闸板体上时使用螺栓定位并且固定前密封。具体三维图形状如图4.1前密封外形图所示。图4.1前密封外形图4.1.3前密封尺寸设计前密封厚度采用40mm。由于需要密封的管柱直径为179.4mm，故采用宽为100mm的密封橡胶。同时长度与闸板体的直径相同为220mm。预压量为10%，宽100mm，则现在靠近管柱一侧的中间预留余量采用10mm。同时采用M6的普通螺栓固定前密封。4.2顶密封设计顶密封为闸板体与壳体之间的密封接触零件。当出现井喷之类的情况时，闸板体会在井压的作用下受往上的力以及往外侧的推力。此时顶密封与壳体的横向的供闸板体开合的通孔紧紧贴合形成密封。4.2.1顶密封材料选择材料选择与前密封相同的材料：丁腈橡胶。具体性能如表4.1丁腈橡胶技术性能表所示。表4.1丁腈橡胶技术性能表材料拉伸强度MPa伸长率（%）回弹率（%）硬度邵尔A长期工作温度℃最高使用温度℃丁腈橡胶（补强硫化胶）15~30300~8005~6510~100-10~1201704.2.2顶密封形状顶密封主要作用是闸板体与壳体之间的密封。故采用与闸板体外围相同的半圆环状橡胶体。具体形状如图4.2顶密封形状图所示。图4.2顶密封形状图4.2.3尺寸设计设计顶密封厚度20mm，即顶密封外径220mm，内径180mm，侧面的卡块儿的厚度20mm，长60mm，宽为40mm的尺寸。4.3闸板密封总成设计闸板密封总成有六个部分组成，从靠近管柱一侧到锁紧轴一侧闸板密封总成的六个零件分别为：挡圈、垫片、Y形密封圈、矩形密封圈垫、矩形密封圈、O形密封圈。为了制造方便，每个部分尽量选用标准件。具体如图4.3闸板密封总成图片所示。图4.3闸板密封总成图片考虑到闸板密封总成的六个零件组成均采用标准件。现根据闸板轴以及侧门中心通孔直径D闸板=76mm依次选择六个标准件。4.3.1挡圈选择挡圈主要作用是安装与侧门的闸板轴孔中，防止安装后旁边的垫圈以及Y型密封圈退出闸板轴孔掉入壳体内部，因此挡圈采用孔用弹性挡圈B型。考虑到闸板轴的直径D闸板=76mm，故查阅机械设计手册第五版第二卷中的表5-1-179选用：挡圈GB/T893.298。图中d3为允许套入的最大轴径，由于闸板轴直径D闸板=76mm处于图中75与78之间。故采用图中d3=78mm的孔径98mm的孔用弹性挡圈B。4.3.2垫片选择垫片处于挡圈与Y型密封圈之间，其主要作用就是防止损伤Y型密封圈的。根据闸板轴的直径D闸板=76mm以及前面的挡圈采用挡圈GB/T893.298，挡圈的外径103.5mm。故采用销轴用平垫圈，查阅机械设计手册第五版第二卷中的表5-1-164选用：垫圈GB/T97.380。4.3.3Y型密封圈选择密封圈位于平垫圈的后面，在整个密封总成中起着至关重要的作用。其主要作用是Y型口对着油井管柱方向，对井液起着单向密封的作用。现根据闸板轴的直径来选择Y型密封圈，由于闸板轴原理类似于活塞杆故选为活塞杆用短型密封Y型圈。查阅机械设计手册第五版第三卷中的表10-4-21选用：Y80×95×9.5GB/T10708.1-2000。4.3.4矩形密封圈及圈垫设计由于未找到相关标准件，现根据闸板轴直径来设计矩形密封圈以及圈垫。首先，密封圈以及圈垫材料选择：密封圈为柔性密封，选用丁腈橡胶，材料性能如表4.1丁腈橡胶技术性能表所示。表SEQ表\*ARABIC5.1丁腈橡胶技术性能表材料拉伸强度MPa伸长率（%）回弹率（%）硬度邵尔A长期工作温度℃最高使用温度℃丁腈橡胶（补强硫化胶）15~30300~8005~6510~100-10~120170圈垫材料采用与外壳材料相同的材料35CrMo。查手册其主要性能如表3.235CrMo材料性能表所示。表3.235CrMo材料性能表材料抗拉强度σb屈服强度σs硬度伸长率δ5断面收缩率ψ35CrMo985830229HB≥12%≥45%然后在依次设计密封圈的尺寸：参考O型密封圈，矩形密封圈与圈垫尺寸规格按内径×截面厚度×截面宽度有：矩形密封圈尺寸：76×10×15同上得出圈垫尺寸：86×5×154.3.5O型密封圈选择O型圈密封为闸板密封总成的最后一道密封零件，靠近锁紧轴一侧。现根据闸板轴直径为76mm查机械设计手册第五版第三卷中液压气动用O型橡胶密封圈尺寸的表10-4-5选用：75×7-C-N-GB/T3452.1-2005。即选用内径75mm，O型圆圈直径7mm普通系列一般外形的O型密封圈。以上便是侧门密封的六个零件的选用设计。具体的零件选用为：表4.2闸板轴密封总成零件表。表4.2闸板轴密封总成零件表序号件号名称数量1GB/T893.2挡圈12GB/T97.3垫片13GB/T10708.1-2000Y形密封圈14矩形密封圈15矩形密封圈垫16GB/T3452.1-2005O型密封圈14.4侧门密封设计侧门密封总成有四个零件组成分别为：侧门密封骨架、侧门密封矩形密封圈、左右两个O型密封圈。具体布局如图4.8侧门密封总成图所示。图4.8侧门密封总成图4.4.1侧门密封骨架设计如图4.8侧门密封总成图所示，图中左侧部分为壳体，右侧为侧门。侧门密封总成处于壳体与侧门之间，在壳体的横向通孔与侧门交界处有一阶梯状槽，侧门则为向内的凹槽卡入侧门密封骨架。根据闸板体以及壳体的横向通孔直径220mm，故侧门密封骨架内径220mm。现根据后面的O型密封圈截面直径来计算骨架厚度与宽度。4.4.2O型密封圈选择如图4.8侧门密封总成图所示，O型密封圈卡入侧门密封骨架的左右两侧，故O型密封圈的内径至少220mm以上。现查机械设计手册第五版第三卷中液压气动用O型橡胶密封圈尺寸的表10-4-5选用：227×7-C-N-GB/T3452.1-2005。即选用内径227mm，O型圆圈直径7mm普通系列一般外形的O型密封圈。4.4.3矩形密封圈设计参考闸板轴密封总成中的矩形密封圈，现根据侧门密封总成中的O型密封圈设计矩形密封圈：内径与O型密封圈相同为227mm，厚度亦然7mm，宽度采取与厚度相近的10mm。即矩形密封圈尺寸：227×7×104.5小结在本章节中，我参考别的公司的产品对我的设计的零件进行密封，完成了整个产品的密封设计。首先通过对比我的设计以及同类型的设计选定了与我的设计比较合适的密封结构，然后我再通过查询相关的资料确定密封材料为丁腈橡胶。最后根据前面第3章中受力以及工作条件，我设计两个密封的尺寸。后来我又根据第3章中计算出的轴的直径以及壳体中孔径从手册从挑选出对应的剩余两个密封总成中标准件。参考文献胡霞.FZ35-105闸板防喷器胶芯密封机理研究[D].长江大学，2016魏鸣.11＂×15000PSI双闸板防喷器的研究与设计[D].中国石油大学，2016廖念钊.古莹菴，墨雨松，李硕根，杨兴骏.互换性与技术测量[M].第六版.中国质检出版社，2012成芳.⌀2-3/8连续油管防喷器控制系统设计及性能研究[D].长江大学，2020陈婷.带压作业闸板防喷器胶芯动密封性能仿真[D].长江大学，2017孙振刚.防喷器参数化设计及仿真技术研究[D].中国石油大学，2009代慧.防喷器拆装装置关键技术研究[D].长江大学，2020黄显萍.剪切闸板防隨器工作机构巧分析及结构改进[D].西南石油大学，2014艾白布·阿不力米提.深水闸板防喷器及其电磁控制阀的研究[D].中国石油大学，2013杨红德.修井作业井下防喷器设计研究[D].中国石油大学，2018许宏奇.闸板防喷器关键密封件设计与研究[D].中国石油大学，2006王道宝.闸板防喷器可靠性研究[D].中国石油大学，2010周建坡.FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的优化设计[J].石化技术.2019.9期：245～247严金林，樊春明，李中华，刘文霄，刘兴铎.闸板防喷器壳体强度分析方法研究[J].机械工程师，2020，第五期：142～144王旭东，司念亭，冯硕，龙江桥，张超.剪切闸板防喷器剪切力预测研究[J].钻采工艺，2019，第42卷第4期：74～79郭雪.2FZ28-21轻型闸板防喷器的研制[J].新品开发，2016，第5期第43卷：55～58吕海龙，韩书祥，范晓贤，笈业.手动快换闸板防喷器研制与应用[J].石油矿场机械，2012，第41卷第3期：71～73史清春,朱维兵,季小琳.2FZ18-21型闸板防喷器胶芯的有限元分析及结构设计改进[J].钻采工艺，2010，第33卷第6期：84～87张川，宋振华，郑泳，袁洁，刘鸣，唐秋林，佘晓梅，林勇，郑栋天.2FZ35-70型无侧门螺栓双闸板防喷器壳体有限元分析[J].机械工程师，2016，第9期：155～156[120]张川，宋振华，郑泳，刘鸣，唐秋林，袁影.F18-21整体式防喷器组的研制[J].石油钻采工艺2015，第37卷第2期：124～126濮良贵，陈定国，吴立言.机械设计[M].第十版.北京：高等教育出版社，2019中国有色工程设计研究总院.第199089号-2007.[S].北京：化学工业出版社.2008CaiBaoping,ZhangYanping,WangHaifeng,LiuYonghong,JiRenjie,GaoChuntan,KongXiangdi,LiuJing.Resilienceevaluationmethodologyofengineeringsystemswithdynamic-Bayesian-network-baseddegradationandmaintenance[J].ReliabilityEngineering&SystemSafety,2021(prepublish).KhanJavedAkbar,IrawanSonny,SeelaThuraiAhgheelan,CaiBaoping.Quantitativeanalysisofblowoutpreventerflattimeforwellcontroloperation:Valueaddeddataaimedatperformanceenhancement[J].EngineeringFailureAnalysis,2021,120LiTao,ZhaoYongjie,XiePeng,LiuBing,QiYaoguang.Forcepredictionandinfluencingfactorsanalysisofthecoiledtubingblowoutpreventerintheshearingprocess[J].EngineeringFailureAnalysis,2021,121.AkbarKhanJaved,IrawanSonny,SeelaThuraiAhgheelan,CaiBaoping.QuantitativeAnalysisofBlowoutPreventerFlatTimeforWellControlOperation:ValueAddedDataAimedatPerformanceEnhancement[J].EngineeringFailureAnalysis,2020(prepublish).CameronInternationalCorporation;PatentIssuedforBlowoutPreventerBonnetRetentionMethodsAndS