[发明专利]一种深海采油树电液控制阀组单电低压换向阀设计方法

权利要求书

1.一种深海采油树电液控制阀组单电低压换向阀设计方法，其特征在于：所述的深海采油树电液控制阀组单电低压换向阀设计方法包括如下步骤：

第一步，根据实际使用环境确定设计方案，根据阀体的深海水下运行实际环境情况，及工作介质情况，初步确定阀体的有效工作环境适应范围、设阀体的各项运行技术指标及阀体的基本机械结构；

第二步，几何尺寸校核计算，根据第一步设定的阀体技术指标及基本机械结构，对阀体的几何尺寸进行校核计算，其中需对进出油口直径、主球阀阀座内孔和推杆直径、主阀阀口最小开度及主阀芯行程进行校核计算；

第三步，阀体运行受力校核计算，根据第一步设定的运行实际环境及技术指标，同时结合第二部计算得到的机械结构的具体尺寸，对阀体运行情况中各受力情况进行计算校核，其中需对摩擦阻力、运动阻力、液压卡紧力、稳态液力、阀芯作用力及回位弹簧弹力进行校核计算；

第四步，复审校核，根据第一步的设定参数范围，选定至少一组数据，并将选定数据带入到第二步和第三步计算得到的具体数据中，然后结合阀体实际运行情况进行校核复审计算。

2.根据权利要求1所述的一种深海采油树电液控制阀组单电低压换向阀设计方法，其特征在于：所述的第二步中出油口直径、主球阀阀座内孔和推杆直径、主阀阀口最小开度及主阀芯行程进行校核计算公式如下：

出油口直径计算公式：

其中：d—油口直径

Q--额定流量(l/min)；

—进出油口直径d出油液流速，压力越大速度越高；

主球阀阀座内孔直径及推杆直径和钢球直径计算公式:

d₁≥1/2 D₁

通过阀口与推杆间环形通道的流量公式为

上式流量Q以额定流量带入，环形通道中的油液流速V，因，则

其中：d₁—推杆直径

D₁—推杆直径主球阀阀座内孔直径

V—环形通道中的油液流速

主阀阀口最小开度计算公式：

根据通过阀口的流量计算公式为：

式中：

Q——通过阀口液体流量m³/s；

A——阀口过流面积m²；

Δp——阀口两端压差Pa；

ρ——流体密度kg/m³;

C_d——为阀口流量系数；

阀口过流面积A计算公式为：

；

其中，；

当时，，

上式可变为

；

所以阀的开口最小开度公式可化解为：

；

主阀芯行程计算公式：

由阀芯的行程S必须大于X₁得：

S> X₁

其中：S—阀芯的行程；

X₁—主阀阀口最小开度。

3.根据权利要求1所述的一种深海采油树电液控制阀组单电低压换向阀设计方法，其特征在于：所述的第三步中摩擦阻力、运动阻力、液压卡紧力、稳态液力、阀芯作用力及回位弹簧弹力的计算公式如下：

摩擦阻力计算公式：

其中：——摩擦阻力；

ƒ——摩擦系数，可取ƒ=0.1；

dt——活塞杆直径；

d₀——O形圈端面直径；

P_b——允许背压；

运动阻力计算公式：

其中：——运动阻力；

D——控制活塞直径；

L——控制活塞与阀体孔的接触长度；

V——阀芯运动速度；

μ——油液动力粘度；

Δr——阀芯与阀体孔的单边配合间隙；

液压卡紧力计算时，液压卡紧力的产生是因为流体在液压阀阀芯与阀体之间的配合间隙中的流动时，由于阀芯和阀体孔有锥度和偏心量，使圆周方向的不同间隙处存在压力分布变化，而对阀芯产生了一个径向不平衡力，同时由于本设计的阀芯与阀体间采用O形密封圈密封，泄漏量几乎为零，本设计忽略液压卡紧力；

稳态液力计算公式：

（2-17）

同时，由于阀芯的结构，在阀芯换向时两口都处于开启状态，一边的液流成下流形式，一边的液流成上流形式，但是阀芯受到的稳态液动力都朝一个方向，都与液流方向相反，所以在计算式需计算两个球阀的稳态液动力，并且阀芯不管是处于左位还是右位，情况都是相同的，在计算时，只用计算阀芯在一边的稳态液动力，阀芯的稳态液动力计算需计算两种情况下的稳态液动力，一种是小开口，即δ=1/3δmax，一种是阀芯全开时；

由此得到，稳态液动力总和为：

式中：

C_d——为阀口流量系数；

D——阀口直径；

δ——阀的开口量；

Δp——阀口两端压差Pa；

α₁和α₂——液流角；

阀芯作用力计算公式：

由于阀体在工作时，阀芯具备开启和闭合两种工作状态，因此需要对阀芯在开启和闭合状态喜爱的作用力分别计算，

因此开启状态作用力：

闭合状态作用力：

式中：——开启状态阀芯作用力；

——闭合状态阀芯作用力；

——摩擦阻力总和；

——阀芯产生的压力；

——弹簧最小工作负荷；

——阀芯圈打开时的稳态液动力；

——小弹簧最大工作负荷；

回位弹簧弹力计算公式：

式中：

——阀芯在569bar全开口时的稳态液动力；

——阀芯在569bar时摩擦阻力之和；

——球阀芯在569bar时受到的液体压力。