连续油管注入头

第二章注入头部件2.1注入头概述连续油管注入器是连续油管作业装备的关键设备，注入器主要功能是夹持油管并克服井下压力对油管柱的上顶力和摩擦力,把连续油管下入井内或夹持不动或从井内起出，控制油管注入和起出的速度。

2.2结构形式的拟定通过对油田连续油管注入头的现场调研，查阅国内外相关文献，多种方案对比，确定注入头设计方案，结构如图2-1、图2-2所示。

由两台同步的可正反转动的液压马达提供动力，链条驱动，带动夹持块夹持连续油管上下移动。

液压马达为低速径向柱塞马达，带有内部实效保护。

两个液压马达通过液压系统达到基本同步，由同步齿轮传动实现链轮的机械同步；由两组胀紧液压缸推动浮动夹块达到链条胀紧的目的；由夹紧液压缸推动夹紧浮动夹块，夹紧装在链条上的油管夹块夹紧油管，通过链条带动夹块实现油管起下动作。

链条上由带有特殊表面形状和处理工艺的夹持块通过链条销轴固定在一起，以适应连续油管的外径，并达到良好的夹持注入的性能，同时达到最小连续油管的夹持变形和最低的附加应力；由压力传感器通过杠杆机构测量连续油管注入和上提力的大小。

注入头的主要设计参数如下：1、驱动方式：液压马达；2、注入最大下入速度：60m/min（1m/s）；3、注入方式：夹持夹块摩擦驱动，链条带动夹块传动；4、链条张紧液缸数：2*2个；5、链条夹紧液缸数：3*2个；6、最大下井深度：4000m；7、测力系统：压力传感器；8、液压马达型号：CA50；9、适应连续油管：Ф31.75mm，Ф38.1mm；2.3结构形式设计说明1、连续油管起下方式作业要求连续油管不断的向油井内注入或起出。

利用夹块夹持油管产生足够的摩擦力，再利用链条输送夹块完成油管的注入或起出。

为了使夹块对油管的夹持应力不超限，必须采用多个夹块夹持。

2、夹块夹持方式因多夹块必须同时夹持，采用三级浮动的多滚子夹头。

为了保证每个夹块都有一个浮动夹头的滚子夹持，油管承受的夹持力足够能产生下入和提升4000m油管的使用要求。

TECHNOLOGY AND INFORMATION科学与信息化2023年8月下 149连续油管注入头夹持机构强度分析赵博中石化四机石油机械有限公司 湖北 荆州 434024摘 要 针对所设计的连续油管作业机，分析了注入头的组成结构及其工作原理，并对所设计连续油管的轴向力和夹紧液压缸夹紧力进行了计算。

相关分析结果表明，每对夹持块的径向力为80.92kN，每对夹持块最大轴向力为32.37kN，连续油管最大应力为197.98Mpa，夹持块的连续油管最大应力为280.45Mpa，满足使用要求。

关键词 连续油管；注入头；组成结构；结构强度；数值仿真Analysis of Clamping Mechanism Strength at Injection Head of Coiled Tubing Zhao BoSinopec SJ Petroleum Machinery Co., Ltd., Jingzhou 434024, Hubei Province, ChinaAbstract The composition structure and working principle of the injection head are analyzed for the designed coiled tubing operating machine, and the axial force of the designed coiled tubing and the clamping force of the clamping hydraulic cylinder are calculated. The relevant analysis results indicate that, the radial force of each pair of clamping blocks is 80.92 KN, the maximum axial force of each pair of clamping blocks is 32.37 KN, the maximum stress of the coiled tubing is 197.98 Mpa, and the maximum stress of the coiled tubing of the clamping blocks is 280.45 Mpa, which meets the usage requirements.Key words coiled tubing; injection head; composition structure; structural strength; numerical simulation引言连续管作业机是用于连续管作业的专门设备，注入头是其在工作中特别关键的部件，主要完成连续油管的下入和提出[1-2]。

《连续油管注入头系统力学行为仿真》篇一一、引言在石油钻探与开采的复杂环境中，连续油管注入头系统发挥着关键的作用。

系统由一系列部件组成，涉及精密机械设计及工程学的结合，为准确应对油气开发挑战提供重要支撑。

为提高工作效率并减少意外风险，对其力学行为的深入研究和仿真变得至关重要。

本文旨在研究并模拟连续油管注入头系统的力学行为，以揭示其工作原理和性能特点。

二、系统概述连续油管注入头系统主要涉及钻井作业的持续流体管理。

系统包含的组件如高压管道、阀门、电机、执行器等协同工作，使得在高温高压的环境下持续的流体传递得以实现。

当注入头在工作时，受到压力和机械力作用的影响，各部分需要保证足够的安全性和可靠性。

三、力学模型构建在分析连续油管注入头系统的力学行为时，首先需要构建精确的力学模型。

这包括确定系统的关键部件、分析各部件之间的相互作用力以及外部载荷等。

此外，还需考虑系统在不同环境条件下的响应和动态变化。

这些模型为仿真分析提供了基础。

四、仿真方法及步骤为准确模拟连续油管注入头系统的力学行为，本文采用多体动力学仿真方法。

具体步骤如下：1. 确定仿真目标：明确仿真需要解决的问题和目标，如系统在不同条件下的响应等。

2. 建立仿真模型：根据力学模型构建仿真模型，包括各部件的几何尺寸、材料属性等。

3. 设定边界条件：确定仿真中的初始条件和边界条件，如系统所受的外部载荷、约束等。

4. 运行仿真：通过计算机软件进行仿真分析，观察系统的动态变化和响应。

5. 结果分析：对仿真结果进行分析，得出结论并验证模型的准确性。

五、仿真结果及分析通过多体动力学仿真，我们得到了连续油管注入头系统在不同条件下的力学行为数据。

分析这些数据，我们可以得出以下结论：1. 系统在受到外部载荷时，各部件的应力分布和变化情况；2. 不同环境条件对系统的影响及其响应；3. 系统的动态性能和稳定性；4. 系统的安全性和可靠性评估。

六、结论与展望本文通过对连续油管注入头系统的力学行为进行仿真分析，揭示了其工作原理和性能特点。

《连续油管注入头系统力学行为仿真》篇一一、引言随着现代工业的飞速发展，连续油管注入头系统在石油、天然气等领域的开采中发挥着越来越重要的作用。

然而，由于系统涉及到复杂的力学行为，如油管弯曲、振动、压力传递等，其实时精确的模拟和控制成为了关键问题。

因此，对连续油管注入头系统的力学行为进行仿真研究显得尤为重要。

本文将详细介绍连续油管注入头系统的力学行为仿真方法及其应用。

二、连续油管注入头系统概述连续油管注入头系统主要由油管、注入头、泵送设备等组成。

在石油、天然气等开采过程中，该系统负责将流体或物质通过油管输送到目标区域。

由于系统涉及到多种材料的组合、复杂的工艺流程以及多变的操作环境，其力学行为具有较高的复杂性和不确定性。

三、力学行为仿真方法为了准确模拟连续油管注入头系统的力学行为，本文采用多尺度仿真方法。

该方法结合了有限元分析、离散元分析、多体动力学分析等多种方法，可全面考虑系统的结构、材料、工艺以及操作环境等因素。

1. 有限元分析：通过将系统划分为有限个单元，分析每个单元的应力、应变等力学特性，从而得到整个系统的力学响应。

2. 离散元分析：针对油管内部流体的流动特性，采用离散元方法对流体进行模拟，分析流体的速度、压力等参数对系统的影响。

3. 多体动力学分析：考虑系统的运动学特性，通过多体动力学方法分析系统的动态行为，如油管的弯曲、振动等。

四、仿真过程与结果分析在完成连续油管注入头系统的三维建模后，我们利用多尺度仿真方法对系统的力学行为进行了仿真。

首先，我们对系统在不同工况下的应力、应变等参数进行了分析，得出了系统的承载能力和使用寿命。

其次，我们分析了流体在油管内部的流动特性，得出了流体的速度、压力等参数对系统的影响。

最后，我们通过多体动力学分析，得出了系统的动态行为特性，如油管的弯曲、振动等。

通过对仿真结果的分析，我们发现系统的力学行为受到多种因素的影响，如材料性能、工艺流程、操作环境等。

因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况对系统进行优化设计，以提高其性能和可靠性。

第９期 收稿日期：２０１９－０２－２８作者简介：郑　伟（１９８５—），男，河南信阳人，工程师，硕士研究生学历，现主要从事连续油管装备的设计研究工作。

连续油管注入头夹持系统的力学分析及结构优化郑　伟（中石化四机石油机械有限公司，湖北荆州　４３４０２３）摘要：连续油管通过注入头夹持系统时，受到轴向拉力或压力、油管内流体的内压和夹持块夹紧力的作用。

为了增加连续油管的下入深度，需要经常增加夹持块的夹紧力。

为了评价连续油管的安全性和连续油管的工作安全状态，研究了连续油管在这种复杂应力下的应力状态，对研究连续油管的最大下入深度非常重要。

采用有限元软件对夹持块的参数进行优化，使夹持块对连续油管的应力最小。

经过结构优化，合理的夹持块可以保护连续油管，最大限度地减少对连续油管的损坏，延长连续油管的使用寿命。

关键词：连续油管；注入头；夹持；力学；结构优化中图分类号：ＴＱ０１５．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）０９－０１５１－０２ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｌａｍｐｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＣｏｉｌｅｄＴｕｂｉｎｇＩｎｊｅｃｔｉｏｎＺｈｅｎｇＷｅｉ（ＳＪＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏ．，Ｓｉｎｏｐｅｃ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ　４３４０２３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇｉｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏａｘｉａｌｔｅｎｓｉｏｎｏｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｉｎｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｆｌｕｉｄｉｎｔｕｂｉｎｇａｎｄｃｌａｍｐｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｃｌａｍｐｉｎｇｂｌｏｃｋｗｈｅｎｉｔｐａｓｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｌａｍｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｉｎｊｅｃｔｉｏｎｈｅａｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｄｅｐｔｈｏｆｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇ，ｔｈｅｃｌａｍｐｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｃｌａｍｐｉｎｇｂｌｏｃｋｎｅｅｄｓｔｏｂｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｓａｆｅｔｙｓｔａｔｅｏｆｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｔａｔｅｏｆｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｉｓｃｏｍｐｌｅｘｓｔｒｅｓｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｅｐｔｈｏｆｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇ．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｕｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｃｌａｍｐｉｎｇｂｌｏｃｋｓｏａｓｔｏｍｉｎｉｍｉｚｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｃｌａｍｐｉｎｇｂｌｏｃｋｏｎｔｈｅｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇ．Ａｆｔｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｃｌａｍｐｉｎｇｂｌｏｃｋｃａｎｐｒｏｔｅｃｔｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇ，ｍｉｎｉｍｉｚｅｄａｍａｇｅｔｏｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇ，ａｎｄｐｒｏｌｏｎｇｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇ；ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ；ｃｌａｍｐｉｎｇ；ｍｅｃｈａｎｉｃｓ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ 连续油管注入头是连续油管进、出井的关键设备。

《连续油管注入头系统力学行为仿真》篇一一、引言随着现代工业的飞速发展，连续油管注入头系统在石油、天然气等领域的开采过程中发挥着重要作用。

为了更好地理解其工作原理和优化其性能，对连续油管注入头系统的力学行为进行仿真研究显得尤为重要。

本文旨在通过仿真分析，深入探讨连续油管注入头系统的力学行为，以期为相关领域的研发和应用提供理论依据。

二、连续油管注入头系统概述连续油管注入头系统是一种用于油气开采的机械设备，主要由油管、注入头、驱动装置等部分组成。

在开采过程中，该系统通过高压流体将油或气从地下岩层中挤出，实现开采目的。

由于系统在运行过程中受到多种力的作用，因此对其力学行为的仿真研究具有重要意义。

三、仿真方法与模型建立为了对连续油管注入头系统的力学行为进行仿真，本文采用有限元分析方法。

首先，根据实际系统的结构特点，建立三维模型。

然后，对模型进行网格划分，设置材料属性、边界条件等参数。

最后，通过仿真软件对模型进行求解，得到系统的力学行为。

四、仿真结果与分析1. 应力分布：通过仿真分析，可以得到连续油管注入头系统在运行过程中的应力分布情况。

在高压流体作用下，系统各部分承受的应力有所不同，其中某些部位可能存在应力集中现象。

这些信息对于优化系统结构和提高其性能具有重要意义。

2. 变形情况：仿真结果还可以反映出连续油管注入头系统的变形情况。

在运行过程中，由于受到多种力的作用，系统可能会发生一定的变形。

通过对变形情况进行分析，可以评估系统的稳定性和可靠性。

3. 动力学行为：除了静态应力和变形，仿真还可以分析连续油管注入头系统的动力学行为。

通过模拟系统在不同工况下的运行过程，可以了解其动态响应和振动特性，为优化系统设计和提高工作效率提供依据。

五、结论通过对连续油管注入头系统的力学行为进行仿真分析，可以更好地理解其工作原理和性能特点。

仿真结果不仅可以反映系统的应力分布、变形情况和动力学行为，还可以为优化系统设计和提高工作效率提供理论依据。

第二章注入头部件2.1注入头概述连续油管注入器是连续油管作业装备的关键设备，注入器主要功能是夹持油管并克服井下压力对油管柱的上顶力和摩擦力,把连续油管下入井内或夹持不动或从井内起出，控制油管注入和起出的速度。

2.2结构形式的拟定通过对油田连续油管注入头的现场调研，查阅国内外相关文献，多种方案对比，确定注入头设计方案，结构如图2-1、图2-2所示。

由两台同步的可正反转动的液压马达提供动力，链条驱动，带动夹持块夹持连续油管上下移动。

液压马达为低速径向柱塞马达，带有内部实效保护。

两个液压马达通过液压系统达到基本同步，由同步齿轮传动实现链轮的机械同步；由两组胀紧液压缸推动浮动夹块达到链条胀紧的目的；由夹紧液压缸推动夹紧浮动夹块，夹紧装在链条上的油管夹块夹紧油管，通过链条带动夹块实现油管起下动作。

链条上由带有特殊表面形状和处理工艺的夹持块通过链条销轴固定在一起，以适应连续油管的外径，并达到良好的夹持注入的性能，同时达到最小连续油管的夹持变形和最低的附加应力；由压力传感器通过杠杆机构测量连续油管注入和上提力的大小。

注入头的主要设计参数如下：1、驱动方式：液压马达；2、注入最大下入速度：60m/min（1m/s）；3、注入方式：夹持夹块摩擦驱动，链条带动夹块传动；4、链条张紧液缸数： 2*2个5、链条夹紧液缸数： 3*2个；6、最大下井深度： 4000m；7、测力系统：压力传感器；8、液压马达型号：CA50；9、适应连续油管：Ф31.75mm，Ф38.1mm；2.3结构形式设计说明1、连续油管起下方式作业要求连续油管不断的向油井内注入或起出。

利用夹块夹持油管产生足够的摩擦力，再利用链条输送夹块完成油管的注入或起出。

为了使夹块对油管的夹持应力不超限，必须采用多个夹块夹持。

2、夹块夹持方式因多夹块必须同时夹持，采用三级浮动的多滚子夹头。

为了保证每个夹块都有一个浮动夹头的滚子夹持，油管承受的夹持力足够能产生下入和提升4000m油管的使用要求。

连续管注入头现状及发展趋势瞿丹;黎伟【摘要】注入头是连续管装备的核心部件.介绍了连续管注入头的发展起源,并对现今连续管注入头的典型结构及工作原理进行了阐述.对注入头国内外发展现状进行了详细介绍,并对其发展趋势进行了总结.建议国内加大对连续管钻井装备,特别是钻井用注入头的研发力度,加快连续管装备国产化进程,为我国连续管钻井技术的快速发展创造有利条件.%Injector head is the core component of coiled tubing equipment. The developing history of coiled tubing injector head was presented and a detailed introduction about typical structure and working principle for modern coiled tubing injector head was made. On this basis,the current development situation of coiled tubing injector head at home and abroad was elaborated and the developing trend of coiled tubing injector head was summarized. More efforts for research on coiled tubing drilling equipment,especially injector head used for drilling should be made to speed up localization process of coiled tubing equipment and create favorable conditions for rapid development of domestic coiled tubing drilling technology.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2012(041)001【总页数】5页(P46-50)【关键词】连续管;注入头;连续管钻井;现状;发展趋势【作者】瞿丹;黎伟【作者单位】西南石油大学机电工程学院,成都610500;西南石油大学机电工程学院,成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE933.81960年开发的一种潜水艇水下通讯天线升降装置，称为A／N Bra－18A天线传输系统，可在183 m（600英尺）水下升降∅15.9mm（英寸）带有聚乙烯包层的铜芯天线。

3.0 HR-660型注入头HYDRA RIG 公司制造的HR-660连续油管注入头设计得适合于操作外径为1″至2-3/8″的连续油管作业。

它设计得既适合于开路液压系统又适合于闭路液压系统。

该注入头的工作能力如下：连续上提能力为60,000磅连续下推能力为30,000 磅最高运行速度为250英尺/分所有结构和辅助系统的设计承载能力为60,000磅载荷。

3.1 注入头动力箱是一个大减速比双行星齿轮传动箱。

双驱动总成各具有一个输入轴、刹车和动力输出链轮。

3.2 整体式驱动链轮确保精确对正和提高强度。

3.3 注入头的动力来自两个高速／高压、斜盘式变量活塞式液压马达。

3.4 制动模块安装在马达和齿轮箱之间并且是一个弹簧加载／压力释放装置。

自动刹车带紧急刹车装置。

3.5 液压驱动马达和两个平衡安全阀直接连接，以防动力失效时造成失控。

3.6 驱动马达的两根供液管线都是通过在线高压过滤器加以保护；过滤器安装在快速接头和平衡阀之间，并带有可视污染程度指示器。

3.7 注入头采用油管夹块镶入式链条，能使用1", 1-1/4", 1-1/2", 1-3/4", 2", 和2-3/8"油管夹块。

本设备所配置夹块尺寸为1-1/2″。

3.8 注入头采用 180节距重型滚轮链条，此种链条带精密铸造的“快速连接”托架。

油管夹块是经过硬化处理的单个半圆型的夹块。

夹块通过弹性平衡胶垫实现最佳的油管夹紧。

每一托架有两个终生密封的重型轴承。

3.9 油管夹紧系统采用3套独立的双柱塞式液压缸。

油管夹紧是通过一对整体式、两面可以换用的、经过硬化处理的抛光钢制滑板来实现的。

滑板系统的设计可以实现自动居中，确保对夹块和油管均匀加载。

夹紧系统可以从操作室的面板上远程控制。

3.10 链条张紧是靠带储能器的张紧液缸来实现的。

张紧系统可以从操作室远程控制。

液缸具有先导控制单流阀将液缸锁定于张紧状态。

46一、常见的连续油管作业机故障1.注入头故障。

连续油管最重要的部件就是注入头，一旦注入头产生故障或操作失误，连续油管的施工工作将被迫停止，极大地影响连续油管在油气田中的作业效率。

注入头故障主要分为三种类型，一是注入头链条轴承的问题；二是注入头打滑的问题；三是卡瓦堆积。

注入头链条轴承的问题主要是由于在作业过程中链条出现过度张紧、轴承密封失效卡死的状况，链条过度张紧会对上下链轮轴承造成损伤，致驱动马达持续不断的对链条产生驱动力，链条的主驱动链轮带动二级驱动链轮，依次带动夹持块对连续油管产生的应力越来越大，超出油管的应力适应上限，导致连续油管不停地振动，最后产生断裂的现象。

轴承密封失效会发生卡死现象，如不及时更换，会对滑轨板造成严重伤害。

注入头打滑的问题主要是由于连续油管下入的位置过深或遇阻、夹紧力不够，导致注入头对连续油管产生的上提力或下注力不足，连续油管无法正常起出到正常的位置，油管遭受巨大摩擦力打滑的现象。

这种现象主要是因为操作人员的操作失误，操作过程导致链条夹紧产生的。

有时在施工过程中，油管会被卡成竹节状，造成这种事故的主要原因是井口压力高，操作工没有及时补充链条张紧压力，如果这时下注油管遇阻，注入头这时是靠外侧链条上提来立生足够的下注力，如果张力不足，内侧链条就会松动，造成卡瓦堆积，造成油管伤害。

2.连续油管滚筒故障连续油管作业机的注入头和滚筒连接的地方是最容易产生故障的地方，这种故障统称为连续油管滚筒故障。

这种故障主要是因为在马达的驱动下滚筒运动的方向与油管一致，运动的过程中可能会使得油管与滚筒相互缠绕，油管出现问题后注入头不能与滚筒保持恒张力，导致油管与滚筒之间的纠缠越缠越深，最后引起滚筒内部件损坏，滚筒无法正常工作的现象。

二、故障的解决办法1.注入头故障的解决办法首先要根据设备操作手册要求正确操作连续油管系统，避免产生链条的卡死现象。

其次，为了保证注入头的工作安全，要熟悉各种工况下的操作压力值，选择适宜的滚筒与井口距离，以免连续油管在无支撑的地方长度过长，在链条卡紧油管应力增加的情况下引发油管不停的振动，导致油管断裂，设备损坏。

连续油管注入头传动链的结构设计与分析施志辉;宋福刚;宿崇;许立【摘要】连续油管注入头的传动链由于受到夹持机构的夹持力作用,使得通用传动链结构无法满足使用要求根据连续油管注入头链节的受力形式,设计了一种专用的传动滚子链结构,同时对链节结构的装配工艺进行了分析,并且应用了ANSYS软件对所设计的链节结构的关键件进行了有限元分析,分析结果表明所设计的传动滚子链结构能够满足连续油管注入头的使用要求.%Due to the clamping force beared by coiled tubing injector chain, the traditional chain drive can not meet the requirement. A new structure of roller chain is designed,and related assemble process of the chain is analysed with the analysis of the key components of the chain using ANSYS software. The result of the analysis proves that the new type of roller chain can satisfy the requirement of the coiled tubing injector.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2012(033)005【总页数】5页(P67-71)【关键词】滚子链;连续油管;结构设计;受力分析【作者】施志辉;宋福刚;宿崇;许立【作者单位】大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028【正文语种】中文0 引言链传动属于具有中间挠性件的啮合传动，由于传动准确、承载能力强、效率高、吸振能力好、环境适应能力强等特点而被广泛的应用在石油化工、矿山冶金和汽车等领域［1］.通用滚子链的传动是通过链节之间的相互作用将主动链轮的动力和速度传递给从动链轮，链节的滚子只在进入与链轮啮合区域时才会承受载荷，脱离啮合区域时滚子不承受任何载荷.但是，在一些特殊的应用场合，如连续油管注入头的链条，通用的滚子链是无法满足使用要求的，需要对滚子链链节的结构进行重新设计.本文主要从连续油管注入头链节的实际受力形式来设计一种专用的传动链，并对其关键部件进行有限元分析，证明了所设计的滚子链满足使用要求.1 滚子链链节的结构方案1.1 通用滚子链的结构分析通用滚子链的链节结构如图1所示，主要由外链板、内链板、滚子、套筒和销轴组成.其中，内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈配合，滚子与套筒之间、套筒与销轴之间为间隙配合.在使用过程中，链节的磨损主要发生在销轴与套筒的接触面上.因此，内外链板之间应该保留少许的间隙，以便于润滑［2］.通用滚子链的受力方式主要是销轴受到内外链板的剪力以及滚子在与链轮啮合时受到的载荷. 图1 通用滚子链结构连续油管注入头传动链的受力形式不同于通用链条的受力形式，该链需要实现两个功能:首先，需要实现通用链所具备的传动功能，利用链节之间的相互作用传递运动和载荷.其次，为了给油管与夹块之间提供较大的摩擦力，需要为链节沿销轴的径向提供一定的夹持载荷［3］.在链节受到夹持载荷时，销轴和套筒之间无相对运动，只有滚子与套筒之间相对滑动.根据现场使用情况发现通用链条结构经常出现滚子和套筒之间的磨损失效，所以，不能满足工作要求，需要对传动链的链节结构进行重新设计.1.2 连续油管传动链的结构设计根据连续油管链条的受力状态，对滚子链进行的结构设计.由于连续油管注入头的链条除了起着传递动力和速度的作用之外，还受到夹持机构的夹持力作用，并且滚子与套筒之间的磨损主要是由于受到夹持力的作用，考虑通过在套筒与滚子之间加入滚针轴承来避免滚子和套筒的磨损.然而，由于连续油管注入头的传动链是纵向布置，在实际工作过程中，容易产生传动链的轴向振动.而滚针轴承不能承受过大的轴向载荷，所以，在现场使用过程中，经常会出现滚针轴承的寿命较短的问题.需要对链节结构进行进一步完善，使其在能够承受较大的径向载荷的同时可以承受一定的轴向载荷［4］.承受轴向载荷最有效的方式即加入可以承受轴向力的轴承.轴向止推轴承、角接触球轴承以及圆锥滚子轴承均可以承受一定的轴向载荷，但是，由于链节结构尺寸的限制，以上三种形式的轴承无法与其匹配.此外，深沟球轴承能够承受较大径向载荷的同时也可以承受一定的轴向载荷，并且其尺寸能够满足该链节结构.所以，可以考虑深沟球轴承作为此结构中承受轴向载荷的轴承.根据理论分析，需要使滚针轴承与深沟球轴承进行对称布置，其布置形式主要有两种.方案一的布置方式为两个滚针轴承置于深沟球轴承的外侧如图2(a)所示.方案二的布置方式为将两个深沟球轴承置于滚针轴承的外侧如图2(b)所示.由于在传动过程中，滚子需要与链轮进行啮合，其外径受到链轮的限制，并且在连续油管注入头链条的受力场合需要滚子内部安装轴承，这样导致销轴的直径相对于通用滚子链缩小很多.在传动过程中，只要内、外链板能够相对转动，就可以实现链条的传动，如果保证销轴与内链板之间为间隙配合可以考虑去掉套筒结构.方案三的布置形式如图2(c)所示，该方案为一种无套筒滚子链的结构.图2 三种不同方案的布置方式2 滚子链装配工艺的分析该三种方案中滚子链的结构相对于通用滚子链比较复杂:首先，由于该链节上需要安装夹持块，需要左右链板为一个整体，所以，不同于通用滚子链左右链板是分开的.其次，相对于通用滚子链结构，该链节结构中包含滚针轴承、深沟球轴承，无法采用通用滚子链的装配方式进行装配.所以有必要在对链节进行结构设计的同时考虑其装配工艺过程.2.1 带套筒链节结构装配工艺分析方案一的布置方式可以有效的延长深沟球轴承的使用寿命，当夹持机构的压板出现偏载时，夹持机构压板的边缘将载荷直接作用在滚针轴承上，避免深沟球轴承承受过大的径向载荷.但是从装配工艺角度分析，由于深沟球轴承的外径大于滚针轴承的外径，所以该布置形式无法进行装配.方案二的布置方式在装配时，由于套筒只能从一侧插入，并且需要保证套筒外圆面与滚针轴承以及深沟球轴承内圈为紧配合，所以，考虑将套筒开口，通过外力作用使套筒发生弹性变形进而使其直径减小，当撤去外力时，套筒恢复原来状态，与轴承以及内链板之间形成紧密配合.最后，将销轴从外链板的一侧插入并通过销轴的端盖对销轴进行轴向和径向的固定，进而将内、外链节连接起来.2.2 无套筒链节结构装配工艺分析方案三的布置方式在装配时，由于套筒只能从一侧插入，所以，考虑销轴与内、外链板之间采用间隙配合.此外，如果去掉套筒，需要保证每个轴承的内圈以及挡圈与销轴为过盈配合.在装配时，可以先对轴承进行加热后对销轴与轴承内圈进行装配，之后再对滚子进行加热，完成滚子与轴承外圈的装配.待冷却后可以实现很好的过盈配合.最后，应用开口销对销轴进行轴向固定.综上所述，由于方案一带套筒的滚子链结构装配不能实现，所以不能作为连续油管注入头链节结构.方案二带套筒的滚子链结构以及方案三无套筒链节结构均可以实现装配.3 滚子链关键件的受力分析通过对三种方案的装配工艺进行分析，确定了方案二的带套筒的链接结构以及方案三的不带套筒的链节结构均可以实现装配，然而，由于连续油管注入头链节的受力方式不同于通用滚子链，所以，有必要对两种方案关键件的受力情况进行有限元分析，并确定最终方案.连续油管注入头在实际工作过程中，对链节受载最大的位置即连续油管处于井下500m时的工作状态进行分析，此时，每个链节所受的最大夹持载荷为67.375 kN，链节所受的最大提升力为55 kN，而销轴在工作过程中受力形式比较复杂，除了受到链节之间的提升力之外，还受到夹持机构的夹持力作用，所以，有必要对两种方案的销轴进行有限元分析，验证其能否满足使用要求.3.1 带套筒链节结构的受力分析根据如图2(b)所示为有套筒滚子链内外链节的内部结构图.在实际工作时，夹持力通过压板作用在滚子上，滚子将载荷通过滚针轴承传递给套筒，进而传递给销轴;链条在传动过程中的提升力主要通过内外链板传递给销轴，所以该方案中，销轴的强度问题是该结构能否应用于连续油管注入头链节的关键.建立销轴的有限元模型，选择solid185单元，添加材料属性，销轴的材料为40Cr，材料的许用应力为980 MPa，划分网格，并根据销轴的实际受力情况进行加载，如图3所示为销轴的加载模型.图3 带套筒滚子链销轴的加载模型由于销轴同时受到夹持力和提升力的作用，在加载时，对与外链板相接触的销轴上的节点的各个方向自由度进行约束.然后，对模型进行加载.根据连续油管链条每个销轴所受的载荷为64.5 kN，套筒与销轴的接触面积为2 047 mm2，则作用载荷为17 MPa，作用面为销轴套筒相接触的部分，作用方向如图3所示.经过运算，输出分析结果，如图4所示，为带套筒滚子链销轴的Mises应力分布图.结果显示最大应力处分布在与外链板和套筒相接触的销轴上的A处，最大应力值为145 MPa.如图5所示为该销轴在最大应力截面上沿销轴轴向所有节点的应力分布曲线，其横坐标为销轴轴向尺寸，纵坐标为节点的应力值.从图5可以看出，距离端面约12 mm的节点应力值最大，即图4中的A点，该处产生最大应力的主要原因是由于销轴在外链板以及套筒的共同作用下受到剪力作用，所以，在该剪力所在的截面上容易产生应力集中.图4 带套筒滚子链销轴的Mises应力分布图图5 带套筒滚子链销轴的应力分布曲线3.2 无套筒链节结构的有限元分析根据图2(c)所示为无套筒滚子链内外链节的内部结构图.在实际工作时，无套筒滚子链的受力形式不同于带套筒滚子链，滚子将夹持力通过滚针轴承直接传递给销轴;链条在传动过程中的提升力直接通过内、外链板传递给销轴，所以，销轴的强度问题仍然是该结构能否应用于连续油管注入头链节的关键.建立销轴的有限元模型，选择solid185单元，添加材料属性，销轴的材料仍选择40Cr，材料的许用应力为980 MPa，划分网格，并根据销轴的实际受力情况进行加载，如图6所示为销轴的加载模型.由于销轴同时受到夹持力和提升力的作用，在加载时，对与外链板相接触的销轴上的节点的各个方向自由度进行约束.然后，根据连续油管链条的最大提升力55 kN，内链板与销轴的接触面积为840 mm2进行计算，在接触面积上添加65.47 MPa的面载荷，方向如图6所示;同理，每个销轴受到的夹持力最大为33.687 kN，计算销轴与滚针内圈轴承相接触面积为1 470 mm2，所以该夹持载荷为22.91 MPa，方向如图6所示.图6 无套筒滚子链销轴的加载模型图7 无套筒滚子链销轴的Mises应力分布图图8 无套筒滚子链销轴的应力分布曲线经过运算，输出分析结果，如图7所示，为无套筒滚子链销轴的Mises应力分布图.结果显示最大应力处分布在与内外链板相接触的销轴上的B处，最大应力值为130 MPa.图8为在最大应力截面上沿销轴轴向所有节点的应力分布曲线，其横坐标为销轴轴向尺寸，纵坐标为节点的应力值.从图7可以看出，最大应力分布在距离轴端大约12 mm左右的位置，该处为销轴与内、外链板的交界相接触的位置，在该处最大应力产生的主要原因是销轴在受到较大的提升力作用下，在该接触面位置产生了应力集中.但是，由于该结构无套筒，所以，销轴的直径大于有套筒结构的销轴，这样就增加了销轴的安全性.综上所述，通过对两种方案中的关键件销轴进行有限元分析可以看出，两种方案销轴的应力分布比较相似，并且应力的最大值均小于材料的极限应力980 MPa，但是，在连续油管实际工作过程中，链节的实际受力不仅限于夹持力和提升力，这就需要销轴可以承受更大的载荷，相对于带套筒滚子链结构无套筒滚子链结构的销轴可以承受更大的载荷.此外，从装配角度分析，虽然两种方案均可以实现装配，但是无套筒滚子链结构简单，所以，综合考虑受力及装配，选择无套筒滚子链结构为连续油管注入头链节结构.4 结论(1)针对连续油管注入头的特定的应用场合，通用链不能满足使用要求情况下，设计了一种专用的传动滚子链;(2)从装配工艺角度，分别对所设计的滚子链的三种方案进行了分析;(3)针对连续油管注入头链条的实际工作状态，应用ANSYS软件分别对是否带套筒的两种滚子链链节结构的关键件进行了有限元分析.并确定了最终连续油管注入头的链节结构.参考文献:［1］王慧.滚子链的失效形式［J］.煤矿机械，2007(12):38-43.［2］濮良贵.机械设计［M］.西安:高等教育出版社，2007:165-185.［3］朱小平，高纪念.连续油管注入器结构设计及载荷分析［J］.钻采工艺，1999(4):43-48.［4］王永胜，武月旺.连续油管作业机常见故障分析及解决方法［J］.石油机械，2009(4):81-82.［5］高耀东.ANSYS机械工程应用精华30例［M］.北京:电子工业出版社，2010. ［6］XU Lixin，YANG Yuhu.Dynamic modeling of a roller chain drive system considering the flexibility of input shaft［J］.Chinese Journal of Mechanical Engineering，2010(3):56-59.［7］SIN L PEDERSEN，JOHNm HANSEN.A roller chain drive model including contact with guide-bars［J］.Multibody system dynamics，2004(12):285-301.。

《连续油管注入头系统力学行为仿真》篇一一、引言随着石油工程技术的不断发展，连续油管注入头系统在石油开采中扮演着越来越重要的角色。

为了更好地了解其工作原理和力学行为，本文采用仿真技术对连续油管注入头系统进行力学行为仿真分析。

本文旨在通过仿真分析，为连续油管注入头系统的设计、优化和实际应用提供理论依据和技术支持。

二、连续油管注入头系统概述连续油管注入头系统主要由油管、注入头、驱动装置等部分组成。

在石油开采过程中，注入头通过油管将流体介质注入到地下油层中，以实现采油、增产等目的。

由于连续油管注入头系统在工作过程中承受着较大的力和力矩，因此其力学行为仿真具有重要意义。

三、仿真模型建立为了进行连续油管注入头系统的力学行为仿真，需要建立相应的仿真模型。

首先，根据实际系统结构和工作原理，建立三维模型。

其次，根据系统的工作环境和工况，设置仿真参数，如流体介质的物理性质、系统的工作压力、温度等。

最后，采用合适的仿真软件，对模型进行网格划分和求解设置，建立仿真模型。

四、仿真结果分析通过仿真分析，可以得到连续油管注入头系统在工作过程中的力学行为情况。

首先，可以观察到系统在运行过程中的应力和变形情况，了解系统的承载能力和稳定性。

其次，可以分析系统在不同工况下的动力学特性，如振动、冲击等。

最后，通过对比仿真结果和实际工作情况，验证仿真模型的准确性和可靠性。

五、结果讨论与优化建议根据仿真结果分析，可以发现连续油管注入头系统中存在的问题和不足。

针对这些问题和不足，可以提出相应的优化建议。

例如，可以优化系统的结构设计，提高系统的承载能力和稳定性；可以改进驱动装置的控制系统，减小系统的振动和冲击；可以优化流体介质的物理性质，以适应不同工况下的工作需求。

通过这些优化措施，可以提高连续油管注入头系统的性能和效率，为石油开采提供更好的技术支持。

六、结论本文采用仿真技术对连续油管注入头系统进行力学行为仿真分析，得到了系统在工作过程中的力学行为情况和存在的问题。