[发明专利]一种采气井口装置中H型金属密封圈的设计优化方法

说明书

本发明提出了一种采气井口装置中H型金属密封圈的设计优化方法，利用三维软件进行几何建模，并利用Workbench软件进行仿真分析，模拟在2mm预紧力的情况金属密封圈的情况，分析结果表明设计的H型金属密封圈在密封性能上要高于O型金属密封圈的，但基于H型金属密封圈内部形变和应力分布情况，H型金属密封圈在中间连接段应力分布集中、上下齿处形变较大、中齿处应力和形变较大的情况，最后对这三部分进行进一步结构优化。最终选适宜的结构参数使得H型金属密封圈内部形变和应力分布情况最佳。本发明中优化后的H型金属密封圈密封性较高；所受的最大应力、最大应力面积远小于现有的O型金属密封圈。

技术领域

本发明属于节流阀冲蚀技术领域，尤其涉及一种采气井口装置中H型金属密封圈的设计优化方法。

背景技术

采气井口装置是一种用于控制天然气井井口压力和天然气流量的承压设备,也可以用于酸化压裂、注水、测试等各种措施作业，主要由套管头、油管头和采气树三部分组成。随着石化工业的发展，采气井口的压力越来越高，这就对采气井口装置的压力等级要求也随着提高，油气井口装置和阀门的可靠性和控制性成为了井口装置首要关注的问题，设备的密封性能是设备性能最为关键的性能之一。

针对现有采气井口装置中悬挂器使用的O型密封圈存在着许多不足之处：1、密封性较差，容易产生翻滚、扭转，造成破损；2、内部受力及形变大。

因此，如何提高密封圈的密封性、降低密封圈的最大应力是现有技术中亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采气井口装置中H型金属密封圈的设计优化方法，优化后的H型金属密封圈密封性较高；所受的最大应力、最大应力面积远小于现有的O型金属密封圈。

一种采气井口装置中H型金属密封圈的设计优化方法，包括以下步骤：

S1：根据采气井口装置中悬挂器的基本参数设计H型金属密封圈的结构参数；

S2：根据步骤S1中获取的结构参数，建立模拟所需的简化模型，，并在ANSYSWorkbench中为简化模型设置材料属性、划分网格：

其中，一个简化模型保留悬挂器壁面、H型金属密封圈和采气井口装置壁面。另一个简化模型保留悬挂器壁面、O型金属密封圈和采气井口装置壁面；

S3：将步骤S2中的两个简化模型分别导入WorkbenchFluent软件，基于高斯通量模型对两个简化模型分别进行形变应力模拟分析；

S4：将步骤S2中的H型金属密封圈模型导入WorkbenchFluent软件，基于高斯通量模型，通过每次改变中间连接段、中齿长度、左右齿宽度中的一个参数，对H型金属密封圈进行形变应力模拟分析；

S5：根据步骤S4中的形变应力模拟分析结果，选择H型金属密封圈的中间连接段、左右宽度及中齿长度。

优选地，步骤S3中的高斯通量模型公式：

式中，的正侧为外侧；

dy、d_z、d_X为的外法向量的方向余弦；

为函数在P、Q、R在Ω上的一阶偏导数。

优选地，步骤S3中的应力应变公式：

ε_true＝ln(1+ε_nom)；

σ_true＝ln(1+σ_nom)；

式中：ε_true-材料真实应变；

ε_nom-材料名义应变；