带压作业闸板防喷器关键部件的有限元分析

    2．有限元模型
    (1)前部密封胶心模型 前部密封胶心是闸板防喷器实现密封的核心元件。封井工作时，高压油进入油缸关闭腔，推动左右闸板总成，同时向井口中心移动，致使胶心前部橡胶环状部分与管柱接触，左右闸板胶心前部橡胶平面部分彼此相互紧密接触。这种工作条件决定了胶心材料必须具有较强的抗挤强度和韧性，且具备耐油耐磨损特性。因此，在胶心设计中，采用了帘线一丁氰橡胶复合材料，使其较之天然橡胶有更大的线膨胀系数和良好的抗张模量，同时硫化的帘线网格骨架大大提高了胶心的强度。

    实际上，胶心密封过程推挤、摩擦频率高，加之丁腈橡胶经常性使用极易热氧老化，进而引起硬化发脆而破坏，尽管利用橡胶补强措施，能使橡胶的拉伸强度、撕裂强度及耐磨耗性等获得提高，但因磨损、溢胶而导致胶心破坏的防喷器不在少数。为此，笔者设计采用了尼龙材料与帘线一丁氰橡胶复合材料配合使用的结构。图2为单闸板胶心有限元模型。尼龙材料嵌于胶心内孔，密封工作时直接与管柱接触以增强耐磨性，橡胶端面则以对称接触形式实现密封。
    (2)防喷器壳体模型 防喷器承压件均采用防硫材料的优质锻件，能有效地防止由于主体材料缺陷在含硫介质中产生电化学失重腐蚀、氢脆以及硫化物的应力腐蚀造成装置的脆断(裂)，总体性能可靠。图3为闸板防喷器主壳体的实体模型。该防喷器壳体的材料为合金钢，经调质处理后，硬度可以达到207～237HB，屈服极限和强度极限分别达到520和655 MPa，满足常规高压井压井作业要求。

    结构有限元计算
   
    密封胶心和起支撑、基础作用的壳体是闸板防喷器的两大关键部件，以SolidWorks及Cosmos有限元软件为平台建立数值模型，对其进行受力模拟计算，以指导设计。