HYDRIL环形防喷器壳体的有限元分析
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本 文 分析 的Ｈ ＹＤＲ Ｉ Ｌ 防 喷器 型 号 为Ｆ Ｈ３ ５ ． ７ ０ ， 其 公 称 通 径 为３ ４ ６ ｍｍ，额 定压 力 为 ７ ０ ＭＰ ａ 。该 防 喷器壳体与顶盖之间用螺纹连接 ，下部与法兰连
当发生溢流关闭环形防喷器 时，从控制系统来的 高 压 油进 入 关 闭 腔 ，推 动 活 塞 上行 。在 顶 盖 的 限 制 下，迫使胶 芯向井眼中心运 动，将 中间的橡胶 挤 向 井 口中 心 ， 实现 密封 钻 具和 全封 井 口。 打 开 时 ，从 控 制 系 统 来 的 高压 油 进 入 开启 腔 ，推 动 活 塞 下行 ，胶 芯在 本 身橡 胶 弹 性 力 的作 用 下 复 位 ， 将井 口打 开。从工作原理可看 出环形 防喷器 的核 心部件是胶芯和 壳体 ，胶芯坏 了可 以更换 ，但是 若壳体 的强度不够 ，意味着整个 防喷器报废 ，壳 体 是关 键部 件 。
求。
卜顶盖 ；２ 一 防磨板 ；３ 一 胶 芯；４ 一 活塞 ；５ 一 支撑筒 ；６ 一 壳体
●
图ｌ Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ 环形 防喷器 主要结构 图
Ｊ ．
●
Ｌ
２建立有 限元模型
．
１
１ Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ 环 形防喷器主要结构和工作原理
ＨＹＤＲＩ Ｌ 环 形 防 喷器 主 要 由顶 盖 、 防磨 板 、 胶 芯 、活 塞 、支 撑 筒及 壳 体 组 成 ，如 图 １ 所示［ ３ 】 。
第２ 期
． ２ ７．
Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ 环形防喷器壳体的有 限元分析
王娟虎 ，莫 丽
（ 西南石油大学机 电工程学院 ， 四川 成都 ６ １ ０ ５ ０ ０ ）
［ 摘 要］ 用Ｐ Ｒ ０ ／ Ｅ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ 对Ｆ Ｈ ３ ５ — ７ ０ ｇ ， 形 防喷 器壳体建模 ，用Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ 有 限元分析软件对其受力进行数值模拟。计算结果 表 明：在 １ ０ ５ Ｍ Ｐ ａ 静水压 力试验＿ ｚ － ￣ ） Ｌ － Ｆ － ，最 大等效应 力和最大位 移都 出现在防喷器 壳体环形腔体 的最上面 区域；在７ ０ Ｍ Ｐ ａ 额定 工作压 力工况下，最 大的等效应力和最大位移也 出现在 同样位 置，最 大等效应 力小于屈服极限，壳体安全 系数为１ ． ２ １ ，满足 Ａ Ｐ Ｉ 规 范设计要 求。 ［ 关键词］Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ ；环形防喷器；壳体 ；应 力；有 限元分析
接 。在用Ｐ Ｒ Ｏ ／ Ｅ ｗ ｉ ｌ ｄ ｆ ｉ ｒ ｅ ４ ． ０ ［ ４ 建模时，简化省却 了不 影 响 分 析 结 果 的 部 分 ，如 吊耳 、 油孔 和 法 兰 孔 、壳体与顶盖连接 的螺纹，因简化后 的模型是 轴对称 的，还有施加的载荷和边 界条件也是轴对 称的，所 以用Ａ Ｂ Ａ Ｑ ＵＳ 软件分析时采用四分之一
石油大学机 电工程 学院在读 ，主要从事有限元仿真方面的研究。
模 型 。
３有限元计 算 ３ ． １ 材 料性能
ＨＹＤＲ Ｉ Ｌ 环 形 防 喷器 壳 体 为２ ５ Ｃ ｒ Ｎｉ Ｍｏ 合金 渗 碳 钢 ， 由铸 造 成 型 ，该 类 钢 材 因 有碳 原 子渗 入 表
作者简 介 ：王娟虎 （ １ ９ ８ ２ 一）， 女， 甘肃 人， 硕士研究生， 西南
防 喷 器 是 石 油 装 备 中井 控 设备 的核 心 组 件 。 防 喷 器 质量 和性 能 的 好坏 直 接 影 响 油气 井 压 力控 制ｆ １ 】 ，进 而 决定 着井 控效 果 。壳 体 是环 形 防喷 器承
受 高压 的主体部件，壳体 的结构强度对 于井控 至 关 重 要 。对 环 形 防 喷器 的壳 体 进 行 有 限元 数 值 模 拟 分 析 可 了解 它 的应 力 分 布 和 危 险 点 ，判 断 它 的 强 度 是否 满 足 设计 要 求 ［ ２ 】 。 目前 ，对 于ＨＹＤＲ Ｉ Ｌ 的 环 形防喷器 壳体的相关数值模拟 计算 ，文献报道 相对较少 。本文采用Ｐ Ｒ Ｏ ／ Ｅ ｗ ｉ ｌ ｄ ｉ ｆ ｒ ｅ ４ ． ０ 对Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ 的Ｆ Ｈ ３ ５ ． ７ ０ 的壳体建立数值模型 ，用Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ 分析 软件分析计算壳体应力，给 出了静水压试验 压力 和 额 定 工作 压 力 工况 下单 元 应 力数 值 云 图及 位 移 数 值 云 图 ， 并按 照压 力 容 器 规 范对 有 限元 计 算 结 果 进 行 分析 和 强度 验证 ，结 果 表 明其 强 度 满 足 要
本 文 分析 的Ｈ ＹＤＲ Ｉ Ｌ 防 喷器 型 号 为Ｆ Ｈ３ ５ ． ７ ０ ， 其 公 称 通 径 为３ ４ ６ ｍｍ，额 定压 力 为 ７ ０ ＭＰ ａ 。该 防 喷器壳体与顶盖之间用螺纹连接 ，下部与法兰连
当发生溢流关闭环形防喷器 时，从控制系统来的 高 压 油进 入 关 闭 腔 ，推 动 活 塞 上行 。在 顶 盖 的 限 制 下，迫使胶 芯向井眼中心运 动，将 中间的橡胶 挤 向 井 口中 心 ， 实现 密封 钻 具和 全封 井 口。 打 开 时 ，从 控 制 系 统 来 的 高压 油 进 入 开启 腔 ，推 动 活 塞 下行 ，胶 芯在 本 身橡 胶 弹 性 力 的作 用 下 复 位 ， 将井 口打 开。从工作原理可看 出环形 防喷器 的核 心部件是胶芯和 壳体 ，胶芯坏 了可 以更换 ，但是 若壳体 的强度不够 ，意味着整个 防喷器报废 ，壳 体 是关 键部 件 。
求。
卜顶盖 ；２ 一 防磨板 ；３ 一 胶 芯；４ 一 活塞 ；５ 一 支撑筒 ；６ 一 壳体
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图ｌ Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ 环形 防喷器 主要结构 图
Ｊ ．
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２建立有 限元模型
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１
１ Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ 环 形防喷器主要结构和工作原理
ＨＹＤＲＩ Ｌ 环 形 防 喷器 主 要 由顶 盖 、 防磨 板 、 胶 芯 、活 塞 、支 撑 筒及 壳 体 组 成 ，如 图 １ 所示［ ３ 】 。
第２ 期
． ２ ７．
Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ 环形防喷器壳体的有 限元分析
王娟虎 ，莫 丽
（ 西南石油大学机 电工程学院 ， 四川 成都 ６ １ ０ ５ ０ ０ ）
［ 摘 要］ 用Ｐ Ｒ ０ ／ Ｅ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ 对Ｆ Ｈ ３ ５ — ７ ０ ｇ ， 形 防喷 器壳体建模 ，用Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ 有 限元分析软件对其受力进行数值模拟。计算结果 表 明：在 １ ０ ５ Ｍ Ｐ ａ 静水压 力试验＿ ｚ － ￣ ） Ｌ － Ｆ － ，最 大等效应 力和最大位 移都 出现在防喷器 壳体环形腔体 的最上面 区域；在７ ０ Ｍ Ｐ ａ 额定 工作压 力工况下，最 大的等效应力和最大位移也 出现在 同样位 置，最 大等效应 力小于屈服极限，壳体安全 系数为１ ． ２ １ ，满足 Ａ Ｐ Ｉ 规 范设计要 求。 ［ 关键词］Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ ；环形防喷器；壳体 ；应 力；有 限元分析
接 。在用Ｐ Ｒ Ｏ ／ Ｅ ｗ ｉ ｌ ｄ ｆ ｉ ｒ ｅ ４ ． ０ ［ ４ 建模时，简化省却 了不 影 响 分 析 结 果 的 部 分 ，如 吊耳 、 油孔 和 法 兰 孔 、壳体与顶盖连接 的螺纹，因简化后 的模型是 轴对称 的，还有施加的载荷和边 界条件也是轴对 称的，所 以用Ａ Ｂ Ａ Ｑ ＵＳ 软件分析时采用四分之一
石油大学机 电工程 学院在读 ，主要从事有限元仿真方面的研究。
模 型 。
３有限元计 算 ３ ． １ 材 料性能
ＨＹＤＲ Ｉ Ｌ 环 形 防 喷器 壳 体 为２ ５ Ｃ ｒ Ｎｉ Ｍｏ 合金 渗 碳 钢 ， 由铸 造 成 型 ，该 类 钢 材 因 有碳 原 子渗 入 表
作者简 介 ：王娟虎 （ １ ９ ８ ２ 一）， 女， 甘肃 人， 硕士研究生， 西南
防 喷 器 是 石 油 装 备 中井 控 设备 的核 心 组 件 。 防 喷 器 质量 和性 能 的 好坏 直 接 影 响 油气 井 压 力控 制ｆ １ 】 ，进 而 决定 着井 控效 果 。壳 体 是环 形 防喷 器承
受 高压 的主体部件，壳体 的结构强度对 于井控 至 关 重 要 。对 环 形 防 喷器 的壳 体 进 行 有 限元 数 值 模 拟 分 析 可 了解 它 的应 力 分 布 和 危 险 点 ，判 断 它 的 强 度 是否 满 足 设计 要 求 ［ ２ 】 。 目前 ，对 于ＨＹＤＲ Ｉ Ｌ 的 环 形防喷器 壳体的相关数值模拟 计算 ，文献报道 相对较少 。本文采用Ｐ Ｒ Ｏ ／ Ｅ ｗ ｉ ｌ ｄ ｉ ｆ ｒ ｅ ４ ． ０ 对Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ 的Ｆ Ｈ ３ ５ ． ７ ０ 的壳体建立数值模型 ，用Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ 分析 软件分析计算壳体应力，给 出了静水压试验 压力 和 额 定 工作 压 力 工况 下单 元 应 力数 值 云 图及 位 移 数 值 云 图 ， 并按 照压 力 容 器 规 范对 有 限元 计 算 结 果 进 行 分析 和 强度 验证 ，结 果 表 明其 强 度 满 足 要