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内外爆气控阀的研究

作　者: 刘琼
导　师: 陶国良
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 油井测位 高压气动 气控阀 大流量 数学模型
分类号: TH134
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 6次
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内容摘要


高压气动系统因其特有能量密度高和爆发力强等特性在武器装备和回声测距等领域得到广泛的应用。油井液面测量对于油井开采有着重大参考意义,而气控阀是通过气体发声用于油井测位的关键部件,广泛用于各个油田开采。鉴于已有的油井测位气控阀存在结构复杂,不能自动控制等特点,而且很少有人对用于该领域的阀进行理论研究。本文对用于油井测位的气控阀进行了探索性研究,研制了一种内外爆气控阀,并系统分析了内外爆气控阀的工作机理。本论文的主要内容如下：第一章概述了气动技术的优缺点以及内外爆气控阀相关技术的发展状况,阐述了课题的来源和研究意义,并提出了本文要开展的主要工作和难点及创新之处。第二章概述了气控阀回声测距的工作原理,并得出气控阀的设计要求。说明了本文研制的内外爆气控阀的工作原理和结构特点。该阀利用高速小流量小通径的先导阀去驱动大流量大通径的主阀芯。主阀芯采用三级台阶式的差压面积结构设计,并通过阻尼孔将高压腔和控制腔连接起来,以便实现工作状态下主阀芯自动气复位和气密封。第三章深入研究了内外爆气控阀的动态特性,提出以控制腔充放气压力转折点为标志,通过控制腔的压力特性来描述气控阀的动态特性。基于热力学、运动学及气压传动等理论上详细建立了内外爆气控阀系统的数学模型。通过仿真对阻尼孔通径、控制腔体积等影响内外爆气控阀动态特性的因素进行了分析和优化。第四章搭建了内外爆气控阀的实验系统。实验证明,该内外爆气控阀在原理上是可行的,能够实现内外爆为一体。在上游压力为9bar的情况下,内爆工作模式和外爆工作模式主阀芯的开启时间分别为13ms和8ms,能够满足内外爆气控阀的性能要求。实验分析了先导阀通径、阻尼孔节流面积、上下游工作压力和控制腔体积对阀芯动态响应特性的影响。通过在内爆模式下进行仿真曲线和实验曲线的对比来验证仿真模型的正确性。第五章对全文的工作进行了总结,并展望了后续的工作。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-21
  1.1 气动技术及发展  10-11
  1.2 气控阀相关技术的研究现状  11-17
    1.2.1 高压气动阀的研究现状  11-13
    1.2.2 高速大流量开关阀的研究现状  13-15
    1.2.3 气枪国内外研究现状  15-17
  1.3 内外爆气控阀的研究意义  17-18
  1.4 本课题的提出、研究内容和研究难点  18-20
    1.4.1 课题的提出  18-19
    1.4.2 研究内容  19
    1.4.3 研究难点  19-20
  1.5 小结  20-21
第2章 内外爆气控阀结构设计  21-28
  2.1 用于油井测位的气枪概述  21-22
    2.1.1 气枪回声测距原理  21
    2.1.2 内外爆气控阀的性能要求及设计依据  21-22
  2.2 内外爆气控阀的结构及工作原理  22-26
  2.3 内外爆气控阀的工作参数的计算  26-27
  2.4 小结  27-28
第3章 内外爆气控阀的建模与仿真  28-48
  3.1 内外爆气控阀的动态特性分析  28
  3.2 内外爆气控阀的数学模型  28-41
    3.2.1 阀芯的运动方程  30-31
    3.2.2 摩擦力模型  31-32
    3.2.3 小孔流量模型  32-34
    3.2.4 容腔模型  34-39
    3.2.5 等效管道模型  39
    3.2.6 静态流量特性  39-41
  3.3 内外爆气控阀的仿真分析  41-47
    3.3.1 内外爆气控阀的仿真模型  41-42
    3.3.2 内外爆气控阀的仿真结果  42-44
    3.3.3 主要参数的影响  44-47
  3.4 小结  47-48
第4章 内外爆气控阀的实验研究  48-69
  4.1 实验内容和目标  48
  4.2 实验系统简介  48-50
  4.3 内外爆气控阀数据采集系统的设计  50-53
    4.3.1 数据采集系统的组成  50
    4.3.2 数据采集系统软件设计  50-51
    4.3.3 数据采集转换电路  51-52
    4.3.4 高速电磁开关阀的驱动电路  52-53
  4.4 内外爆气控阀的实验结果  53-68
    4.4.1 内爆工作模式下  53-61
    4.4.2 外爆工作模式下  61-66
    4.4.3 仿真与实验对比  66-68
  4.5 小结  68-69
第5章 总结与展望  69-71
  5.1 论文总结  69-70
  5.2 工作展望  70-71
参考文献  71-76
致谢  76-78
作者简历  78

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 控制机件
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