亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        深水液壓控制閥門執(zhí)行機構失效分析

        2022-04-21 02:35:42戚曉寧
        石油工程建設 2022年2期
        關鍵詞:蓄能器執(zhí)行機構環(huán)境溫度

        戚曉寧

        海洋石油工程股份有限公司,天津 300451

        一般油氣田的設計壽命為20~30年,閥門一旦出現(xiàn)事故,又無法回收維修,這將直接影響到后期油氣田生產(chǎn)的安全。本文針對工程實例,首先對出現(xiàn)液壓失效事故閥門的執(zhí)行機構的蓄能器數(shù)量和膨脹液路徑進行了設計、優(yōu)化,而后采用伯努利方程和通過CFD建模對優(yōu)化后的執(zhí)行機構進行理論分析和有限元分析,并對分析結果進行對比驗證,結果表明,失效閥門在優(yōu)化后經(jīng)過快速打開操作不會出現(xiàn)執(zhí)行機構失效事故,從而驗證了優(yōu)化的可靠性。該研究對類似工程項目有一定的借鑒意義。

        1 理論分析

        南中國海某氣田開發(fā)項目水下管匯上有一臺液壓控制的水下閥門[4],目前無法進行關閉操作,只能保持打開狀態(tài),初步判斷該閥門的執(zhí)行機構失效。圖1是該項目所使用水下閥門的執(zhí)行機構[5-6],閥門執(zhí)行機構中有兩種液體,一種是液壓油(HW443R),其用于驅動閥門的開關;另一種是膨脹液(HD-EO),其用于平衡執(zhí)行機構彈簧腔內(nèi)外壓差[7-8]。執(zhí)行機構的彈簧腔頂部設置有雙向安全閥,安全閥設定的泄放壓力為350 kPa,海水進入壓力為700 kPa。

        圖1 水下閥執(zhí)行機構示意

        1.1 計算原理

        先從理論角度[8-9]給出膨脹液在執(zhí)行機構中流動時產(chǎn)生壓力差的計算公式。通常情況下,液體流動均滿足伯努利方程:

        式中:?P為兩點的壓差;ρ為流體的密度;h1為點1的高度;h2為點2的高度;v1為點1的速度;v2為點2的速度;g為重力加速度;hw為壓頭損失。

        如圖2所示,當流體為理想流體時,hw=0。但對于水下閥門,執(zhí)行機構彈簧腔里面的壓力差是由流體黏度引起的管道對流體產(chǎn)生的沿程阻力和局部阻力構成的,因此執(zhí)行機構里面的膨脹液不能被認為是理想流體。

        圖2 伯努利方程示意

        因此hw應該等于由流體黏度引起的沿線阻力和局部阻力之和:

        沿程阻力hf:

        式中:λ為沿程阻力系數(shù);Re為雷諾數(shù);μ為流體黏度;v為流體流動系數(shù);l為沿程長度;d為內(nèi)徑。

        局部阻力hj:

        式中:ξ為局部阻力系數(shù),通過查表可以得到其經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

        可以假設閥門執(zhí)行機構彈簧腔與蓄能器之間沒有高差,因此h2=h1。假設蓄能器為大空間,流體進入速度ν2為0。通過式(1) ~(4) 可以得到壓差為:

        在計算時,由于閥門操作時間、管道內(nèi)徑和液體流量可以由測量得出,因此通過計算可得到流體的流動速度;開關閥門的操作時間越短,膨脹液的流動速度就越大,因而導致彈簧腔內(nèi)的壓差也越大;液體黏度也隨著環(huán)境溫度的變化而明顯變化。由此可以計算出不同時間、不同環(huán)境溫度下的壓差,進而給出閥門在極限操作速度和環(huán)境溫度下的可靠性判斷。

        1.2 計算參數(shù)

        (1)執(zhí)行機構的基本參數(shù)。圖3為某5-1/8 in(1 in=25.4 mm)水下閥門執(zhí)行機構彈簧腔到蓄能器之間管道的主要尺寸。第一段管內(nèi)徑為15 mm,第二段管內(nèi)徑為16 mm,第三段管內(nèi)徑為14 mm,第四段管內(nèi)徑為30.3 mm。

        圖3 水下閥執(zhí)行機構主要尺寸

        (2)膨脹液主要輸入?yún)?shù)。水下閥門執(zhí)行機構所用膨脹液為HD-EO,其主要參數(shù)見表1。

        表1 膨脹液主要參數(shù)

        (3)其他參數(shù)[9]。關于5-1/8 in水下閥門執(zhí)行機構的其他參數(shù)見表2,其中局部阻力系數(shù)是通過查表得到的。

        表2 其他主要參數(shù)

        1.3 計算結果

        通過計算可得表3所示的結果,可見執(zhí)行機構內(nèi)的相對壓力與操作時間成反比,操作時間越長,流體在液壓管內(nèi)流動的速度越小,由其引起的阻力也越小。執(zhí)行機構內(nèi)的相對壓力與環(huán)境溫度成反比,環(huán)境溫度越低,流體的運動黏度越大,由其引起的沿程阻力和局部阻力越大,所以壓差也越大。

        表3 閥門執(zhí)行機構在不同操作時間和溫度下所對應的壓差/kPa

        2 有限元分析

        2.1 參數(shù)輸入

        為了方便計算結果的比較,水下閥門機構的關鍵參數(shù)與上面所取參數(shù)相同,并且在模型參數(shù)的輸入過程中,使用了同樣的參數(shù)和系數(shù)。

        2.2 有限元模型的建立

        水下閥門執(zhí)行機構彈簧腔的壓力差主要是由膨脹液在進入蓄能器時產(chǎn)生的沿程阻力和局部阻力以及因速度變化而產(chǎn)生的勢能導致的。在有限元模型建立時[4,10-11],由于彈簧腔和蓄能器是標準的圓柱形,同時也為了加快計算速度,因此建立四分之一的執(zhí)行機構彈簧腔和其蓄能器的有限元模型,即可滿足有限元分析要求。然后對該模型進行網(wǎng)格劃分,由于壓差主要由管道阻力和管口的突然變形造成,因此對該部位的網(wǎng)格劃分更細一些。有限元模型及網(wǎng)格劃分如圖4、圖5所示。

        圖4 有限元模型

        圖5 網(wǎng)格劃分

        2.3 載荷及邊界條件的設定

        質(zhì)量流量隨操作時間的增加而變大,假設質(zhì)量流量為一個常數(shù)2.86 L;閥門設計水深為1 500 m,因此閥門所受外部靜水壓力設定為150 kPa;因閥門的設計操作時間為7.2 s,因此按照該閥門操作時間來施加內(nèi)部載荷;暫且按照環(huán)境溫度為4℃時的流體黏度施加載荷。如圖6所示。

        圖6 邊界條件及載荷

        2.4 計算結果

        圖7分析結果是在閥門的操作時間為7.2 s和環(huán)境溫度為4°C時得出的膨脹液流動速度示意圖和同樣條件下得出的壓力分布圖。由圖可知流體在第三段管道中的流動速度最大,因為此段的管徑最小,由此可知分析結果基本符合預期理論。同時可知,最大壓差分布的位置也位于彈簧腔入口處,因為液體的不可壓縮性,所以傳遞到了整個彈簧腔的內(nèi)壁,模擬結果完全符合理論分析結果。上述結果證實,該CFD模擬的結果正確性和準確性較高。

        圖7 流體速度分布和壓力分布圖

        另外,由圖7可知,在該工況下彈簧腔內(nèi)產(chǎn)生的最大壓差為150 kPa,低于安全閥的泄放壓力(350 kPa),因此安全閥不會打開,膨脹液不會釋放到海水環(huán)境中。表4為模擬的輸入、輸出數(shù)據(jù)。

        表4 數(shù)值模擬的輸入、輸出數(shù)據(jù)

        3 閥門失效原因分析及推薦的解決措施

        當分別在2.5、4、20℃下,按照不同的操作速度對該閥門進行壓差模擬時,可以得到如圖8所示的曲線,該曲線顯示壓差與操作時間成指數(shù)關系。

        圖8 壓差與操作時間的關系曲線(DP為擬合)

        通過對比發(fā)現(xiàn),圖8所示的曲線與上面理論計算的結果趨勢完全相同。通過上述曲線可以明顯看出,當閥門所處環(huán)境溫度較低、操作速度過快時,彈簧腔的壓差將會大于350 kPa,從而導致安全閥打開,膨脹液因此泄漏到海水環(huán)境中。當重復操作多次以后,在關閉閥門時,蓄能器中可能出現(xiàn)無膨脹液可以流回彈簧腔的情況,從而導致液壓鎖住。一旦閥門在水下被液壓鎖住,以后就再也無法對閥門進行關閉操作了,由此給海洋油氣田的安全操作帶來巨大風險。

        通過以上理論計算和模擬分析,可以得到以下幾種可供參考的解決閥門失效的方法:第一,增加水下閥門的操作時間,從而使膨脹液有充足的時間在蓄能器和彈簧腔之間流動,這可通過在液壓控制單元處增加節(jié)流閥的方式,來控制液壓油進入彈簧腔的時間。第二,加快膨脹液在彈簧腔和蓄能器之間的流動速度,這可通過增大彈簧腔與蓄能器之間連接管的管徑或者增加蓄能器數(shù)量來達到此目的。第三,盡量選用在低溫下具有較小黏度的膨脹液,以降低流動阻力。第四,要在模擬真實工作環(huán)境的情況下,對閥門樣機做不低于100次的快開測試,以保證膨脹液不會通過安全閥泄漏[7]。

        4 結論

        (1)液控水下閥門執(zhí)行機構內(nèi)的相對壓力與操作時間成反比,操作時間越長,流體在液壓管內(nèi)流動的速度越小,由其引起的阻力也越小。同時執(zhí)行機構內(nèi)的相對壓力與環(huán)境溫度成反比,環(huán)境溫度越低,其流體的運動黏度越大,由其引起的沿程阻力和局部阻力也越大。

        (2)當閥門所處環(huán)境溫度較低、操作速度過快時,安全閥會打開,從而導致膨脹液泄漏到海水環(huán)境中去。當上述操作重復多次以后,關閉閥門時可能導致蓄能器中無膨脹液可以流回彈簧腔,由此形成液壓鎖,引起閥門執(zhí)行機構故障。

        (3)可以通過增加水下閥門的操作時間、增大彈簧腔與蓄能器之間連接管的管徑、增加蓄能器數(shù)量、選用低溫下黏度較小的膨脹液等措施,以避免液控水下閥門執(zhí)行機構發(fā)生失效。

        猜你喜歡
        蓄能器執(zhí)行機構環(huán)境溫度
        中寰氣動執(zhí)行機構
        中寰氣動執(zhí)行機構
        Review of a new bone tumor therapy strategy based on bifunctional biomaterials
        Bone Research(2021年2期)2021-09-11 06:02:56
        雷克薩斯CT200h車環(huán)境溫度顯示異常
        淺談蓄能器的類型、工作原理及安裝
        彈道修正執(zhí)行機構綜述
        環(huán)境溫度對連續(xù)剛構橋模態(tài)頻率的影響
        環(huán)境溫度作用下瀝青路面熱粘彈性溫度應力分析
        河南科技(2014年15期)2014-02-27 14:12:43
        水下采油樹中執(zhí)行機構的設計及力學分析
        河南科技(2014年1期)2014-02-27 14:04:17
        蓄能器的類型及綜合使用論述
        婷婷四房播播| 操风骚人妻沉沦中文字幕 | 99久久精品国产一区二区蜜芽| 日本高清www午色夜高清视频| 久久天堂av色综合| 国产伦一区二区三区久久| 日本免费三级一区二区| 国产69精品麻豆久久| 日本伊人精品一区二区三区| 国产免费拔擦拔擦8x高清在线人| 少妇内射高潮福利炮| 欧美激情精品久久999| 看一区二区日本视频免费| 亚洲成a人片在线观看无码专区| 亚洲a∨无码一区二区三区| 国产精品对白刺激久久久| 美女自卫慰黄网站| 久久久久久人妻一区精品| 国产自产自现在线视频地址| 白浆国产精品一区二区| 午夜成人理论福利片| 性欧美老人牲交xxxxx视频| 国产a级午夜毛片| 亚洲区一区二区三区四| 免费人妖一区二区三区| 国产精品一区二区三久久不卡| 中文字幕无线码免费人妻| 成片免费观看视频大全| 久久精品国产精品亚洲毛片| 久草视频在线这里只有精品| 亚洲精品国产熟女久久久| 小雪好紧好滑好湿好爽视频| 无码人妻少妇色欲av一区二区| 免费AV一区二区三区无码| 都市激情亚洲综合一区| 可以免费看亚洲av的网站| 国产白丝无码视频在线观看| 二区三区视频| 日本不卡的一区二区三区 | 丁香美女社区| 无码的精品免费不卡在线|