水下控制系统对接盘液压插头优化设计及测试

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1、水下控制系统对接盘液压插头优化设计及测试张鹏举（美钻能源科技（上海）有限公司，上海200943）摘要：本文介绍了一种经过优化设计的液压插头，它采用了四条通路均使用类似阀板阀座同时密封的方式，既可以同时连通四路液压通道（以下简称四通快插），同时还具有密封性能好、可靠性高、液压执行效率高的优点。通过对四通快插机械强度、密封件滑动阻力等关键技术指标的分析计算及相关的性能测试，验证了产品在不同工作条件下的可靠性。关键词：水下油气系统；水下控制系统；对接盘；液压插头；液压系统中图分类号：TE953文献标志码：A【DOI】10.13788/j.cnki.cbgc.2017.07.03

2、7OptimalDesignandTestofHydraulicCouplingsinDockingPlateofSubseaControlSystemZHANGPengju(MSP/DRILEX(Shanghai)Co.,Ltd.,Shanghai200943,China)Abstract:Thisarticleintroducesonekindofhydrauliccouplingsbyoptimizingdesign.Thiscouplinguses4-linesofseat&gatewhichcouldbesealedensemble.Itcouldconnect

3、4hydraulicwaysatthesametime,furthermore,thisdesignalsohastheadvantagesofhighperformanceofsealing,highreliabilityandactuatingefficiency.Bytheoreticalanalysisofmechanicalstressstrengthandslidingresistancefor4-linescoupling,andbyperformancetests,thisproductisfirmlytestedtofulfillthereliabili

4、tyunderdifferentcircumstances.Keywords:subseaoil&gassystem;subseacontrolsystem;connectingplate;hydrauliccoupling;hydraulicsystem0引言对于水下油气开发的采油树液压控制，水下控制系统对接盘（SCM）液压插头为水下采油树外部液压动力单元提供关键通道。水下控制系统对接盘进行对接后，采油树外部液压系统为水下采油树的液压管路提供液压动力，以控制水下采油树液压机构的动作执行[1-3]。水下液压快插对水下控制系统起着非常重要的作用，水下控制系统对接盘的核心部件

5、之一就是四通快插，它是实现水下采油树液控阀门开关控制的重要部件。由于水下控制系统对接盘具备可回收和重复安装功能，所以四通快插应具备能够在水下进行对接与分离的功能。对接与分离是指公插头与母插头两个部件进行配合，完成对接；对接完成后，水下控制系统对接盘会完成锁紧操作，四通快插进入工作状态；待使用完成后再将公插头与母插头两个部件分离，四通快插能够恢复成对接之前的状态。1阀座密封结构设计1）公插头（对接之前实现自密封）。四通快插公插头如图1所示，其内部有4条液压通道，安装有阀座，通过阀座和外部密封压盖配合，实现自密封；对接后与母插头实现整体密封。阀座顶部和侧面均采用O型圈密封的方

6、式，用来隔绝海水的压力。图1四通快插公插头2）母插头（对接之前实现自密封）。四通快插母插头如图2所示，其部也有4条液压通道，安装密封挡块实现自密封。密封挡块采用O型圈密封的方式，用来隔绝海水的压力。图2四通快插母插头3）对接之后实现整体阀座密封。对接之后，通过阀座顶部O型圈密封的方式来密封流体内低压以及隔绝海水的压力，采用金属面密封的方式来密封流体内高压；通过侧面O型圈密封的方式来密封海水的压力。2四通快插对接设计图3a)为四通快插未插合状态，此时左侧母头和右侧公头的四路液压通道分别是密封状态；进行对接时，圆柱销和弹簧会沿着斜面进行运动，使四通快插中的液压形成通路，完成对

7、接，如图3b)所示，对接完成后公头和母头的四个通道分别接通；在解除对接时，公头和母头会进行分离，可以还原成对接之前的状态。a)对接之前b)对接之后图3四通快插对接示意图3四通设计输入四通快插需要满足的条件为设计水深1500m，操作压力69MPa（10000psi），测试压力103MPa（15000psi），温度−18℃～40℃。3.1四通快插计算3.1.1设计水深作用外部环境压力为Ps=ρgH（1）式中：Ps为外部静水压力值；ρ为海水密度；g为当地重力加速度；H为水下四通快插设计水深。根据四通快插设计输入要求，ρ=1.03×1