带压作业闸板防喷器关键部件的有限元分析

    1．胶心结构的有限元计算
    利用有限元软件前处理模块对胶心结构进行约束定义、材料设定和网格划分。．模型离散后产生7 391个节点、11 815个单元，其材料参数见表l。胶心整体前端面设为固定约束，橡胶背面施加20 MPa的液体压力，完成非线性静力计算。根据计算结果，橡胶部分较之尼龙材料变形大，在橡胶和尼龙下端接合位置挤压变形最大，产生相对位移4．131 mm，见图4a；从接触应力分布来看，嵌套在内的尼龙材料较之橡胶翼板接触压力大，最大值位于尼龙下端棱角位置，达9．697MPa，橡胶翼板无明显应力集中现象，如图4b所示。上述计算说明，该型式的胶心结构在强度上满足许用条件。

    2．防喷器壳体的有限元计算
    针对闸板防喷器壳体结构特点，采用solid45单元类型，共划分58 366个节点、91 212个单元，选择合金钢材料模型，基本参数见表2。

    将防喷器壳体的上下法兰和左右螺纹孔固定，并在壳体的内接触面上施加35 MPa的液体压力，完成静力计算。
    计算结果表明，该防喷器壳体在35 MPa液体内压作用下，最大变形位移0．087 mm，位置在防喷器壳体的对称两侧壁上，见图5a。壳体内腔的4个棱角处比其它部位应力较为集中，见图5b，其中内壁最大应力为222 MPa，大大低于屈服强度620 MPa，安全系数达到2．8，符合油田井控设备设计要求。

    综上所述，可得如下结论：
    (1)闸板防喷器前部密封胶心采用尼龙与帘线．丁氰橡胶复合材料配合使用的设计结构，在力学性能上能够满足带压作业工艺需要。这为防喷器胶心在保证可靠性的前提下，增强其他辅助性能提供了设计参考依据。
    (2)选择合金钢锻件为防喷器壳体材料，经调质处理，在35 MPa液压下，安全系数可达2．8。
    (3)以有限元软件为平台建立数值模型，对闸板防喷器的关键部件进行受力模拟计算，可获得接近真实的应力强度及变形分布规律。合理结合试验手段，可大大降低设计成本，缩短设计周期。