资料显示,全球深水区潜在石油储量高达1000亿桶,成为世界油气的重要接替区。水下采油树作为水下生产系统中的重要组成单元,它起到控制油井生产、连接井下油气与生产管汇以及监测反馈生产数据等作用。近些年美国Cameron公司研究的全电采油树系统已成功在墨西哥湾试运行。相对液动采油树,全电采油树结构紧凑、操作性能好、能够实现实时反馈与零排放。目前我国全电采油树技术仍处于起步阶段,因此研究一套水下全电采油树生产阀门及执行机构,对打破国外技术封锁具有重要意义。研究了全电采油树技术的国内外现状,系统的总结了全电采油树阀门及执行机构所要遵循的设计标准和准则,工作环境与性能参数,功能与动作要求、尺寸与重量要求,确定出水下全电采油树阀门及执行机构的总体设计方案。完成了工作压力为10000psi、环境等级为EE时,水下采油树阀门结构设计和基体材料与防腐材料的选择。完成了、阀体、阀盖、闸板、阀杆、连接法兰、密封阀座、填料函等零件的结构设计与强度校核,绘制出零件图与装配图。设计了阀门和执行机构中的所有密封结构并分析了其密封性能。研究了包括15MPa海水压力和69MPa高压介质压力作用下,阀门金属-金属密封与橡胶-金属密封的密封机理。并利用ABAQUS有限元分析软件,建立了弹性金属密封材料与所接触部件之间的高度非线性模型;非金属密封中橡胶材料与所接触部件之间的超弹体挤压接触模型。对比分析了不同材料机械性能、工作压力、以及初始预安装位移条件下,密封面比压变化规律。深水电动执行器总体设计。研究并总结深水电动执行机构功能方案、动作参数以及尺寸重量要求。利用FLUENT软件分析了当上游管道通有69MPa高压油液情况时,阀门打开过程中闸板以及下游管道出口压力及流量的变化。计算了密封阀座密封面的正压力变化情况,以及阀门打开与关闭动作过程中所需要的最大开启力和最大关闭力。根据载荷情况,计算出电机的功率与执行机构输出扭矩。对比分析了不同“失效安全”方案的优缺点,确定了预紧力弹簧方案中弹簧预紧力的大小,完成了弹簧设计。