用于水下油气田生产控制系统的电液换向阀的设计与研究

发布时间：2017-03-31 11:10

  本文关键词：用于水下油气田生产控制系统的电液换向阀的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来在国家政策的大力支持下,海洋油气钻井设备不断发展,对设备的生产能力、可靠性、安全性及自动化程度提出了更高的要求,电液换向阀作为水下生产设备的重要组成部分,承担着保证水下油气田安全运行的责任。然而,我国海洋油气勘探装备的开发研究工作起步较晚,特别是深海生产控制系统中的阀类元件,目前国内尚无这方面的成熟产品,因此,深海电液换向阀的国产化研制已经成为我国发展水下生产控制系统进程中必须解决的问题。针对这个问题,本文首先对电液换向阀进行尺寸计算、详细的受力分析以及性能计算,并对阀进行结构设计。在这个基础上,建立该阀在开启与关闭时的数学模型,在AMESim平台上建立阀的结构模型以及电液控制系统,对电液换向阀的性能进行仿真研究。其次,对电液换向阀整体的性能进行研究之后,运用FLUENT软件对先导阀以及主阀的内部流场进行分析。由于不同的出口压力会导致阀的内部流场发生相应的变化,设定不同的出口边界条件,研究流场内部的压力与速度分布关系,确定阀的最佳结构,为阀的加工制作奠定基础。最后,确定阀的加工材料以及密封方式,由于阀的密封以及泄漏量大小是影响阀性能的关键因素,因此,根据阀的设计要求及使用环境,本文拟采用金属密封方式来减小阀的泄漏,提高阀的密封性能。本文所做的研究对于水下油气生产领域的专用换向阀的研制有一定的参考价值,对于该换向阀的国产化研制也有一定的现实意义。
【关键词】：水下生产控制系统 油气领域 电液换向阀 动态特性 流场分析
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE95;TH137.52
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 选题意义11-12
• 1.2 深海电液换向阀的国内外研究现状12-16
• 1.2.1 深海电液换向阀国外发展现状12-15
• 1.2.2 深海电液换向阀国内发展现状15-16
• 1.3 深海电液换向阀的性能要求及注意事项16-18
• 1.3.1 性能要求16-17
• 1.3.2 研制过程的注意事项17-18
• 1.4 本文的研究目标和研究内容18-20
• 1.4.1 研究目标18-19
• 1.4.2 本文研究的主要内容19-20
• 第2章 电液换向阀的设计计算及数学建模20-39
• 2.1 电液换向阀的结构原理20-21
• 2.1.1 电液换向阀的设计要求及基本参数20
• 2.1.2 电液换向阀的工作原理20-21
• 2.2 结构形式的选择21-29
• 2.2.1 先导阀结构形式的选择21-25
• 2.2.2 电磁铁的选择25-26
• 2.2.3 主阀结构形式的选择26-28
• 2.2.4 电液换向阀整体结构设计28-29
• 2.3 电液换向阀的设计计算29-33
• 2.3.1 电磁先导阀的计算29-31
• 2.3.2 液控主阀的计算31-33
• 2.4 电液换向阀的数学模型33-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 系统仿真39-50
• 3.1 系统仿真39-43
• 3.1.1 仿真软件的介绍39-40
• 3.1.2 电液换向阀系统仿真模型40
• 3.1.3 电液控制系统模型的搭建40-43
• 3.2 阀的开启性能分析43-44
• 3.2.1 主阀开启位移的分析43-44
• 3.2.2 电磁先导阀的开启位移分析44
• 3.3 阀的压力性能分析44-49
• 3.3.1 电磁先导阀工作口压力的确定44-45
• 3.3.2 主阀入口压力分析45-46
• 3.3.3 先导阀的入口压力分析46-47
• 3.3.4 主阀换向性能分析47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 电液换向阀的流场数值模拟50-65
• 4.1 软件基本结构50-52
• 4.2 流场仿真中的基本方程52-54
• 4.2.1 流动模型的选择52
• 4.2.2 不可压缩湍流的基本方程52-54
• 4.3 先导阀内的流场数值模拟与分析54-59
• 4.3.1 建立计算模型54
• 4.3.2 网格划分及边界条件54-55
• 4.3.3 仿真结果与分析55-59
• 4.4 主阀内的流场数值模拟与分析59-64
• 4.4.1 计算模型的建立59-60
• 4.4.2 网格模型及边界条件60
• 4.4.3 仿真结果与分析60-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 电液换向阀的关键技术65-76
• 5.1 密封65-68
• 5.1.1 金属密封65-67
• 5.1.2 金属密封的密封机理及密封过程67-68
• 5.2 气蚀磨损68-72
• 5.2.1 气蚀现象68-70
• 5.2.2 气蚀磨损的研究现状和进展70-71
• 5.2.3 防止气蚀发生的措施71-72
• 5.3 材料72-75
• 5.3.1 耐蚀合金72-73
• 5.3.2 工程陶瓷73-75
• 5.3.3 工程塑料75
• 5.4 本章小结75-76
• 结论76-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果80-81
• 致谢81-82
• 作者简介82

【参考文献】

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本文编号：279539