主阀芯面积对高压脉动水锤装置峰值压力的影响

发布时间：2017-07-31 13:14

  本文关键词：主阀芯面积对高压脉动水锤装置峰值压力的影响

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【摘要】：高压脉动水锤装置被用来进行煤层注水时水锤冲击产生的交变应力作用到煤层,可以扩大、连通孔隙,那么脉动压力的峰值越高对煤层注水越有利,则增大峰压十分必要。本文先分析高压脉动水锤压力冲击波的激发原理,再分析压力波的传播过程,建立高压脉动水锤的数学模型,对柱塞组件在冲击过程中的受力以及运动情况进行分析,并对主阀门打开后低压腔内液体流动进行了分析,最终建立高压脉动水锤运动微分方程,并得出通解,通过设置参数,进行数值计算,得出随着主阀芯面积、阀芯外套与主弹簧座所形成的环形通道面积的增加,峰压均呈增长并渐趋平稳趋势,这是由于环形通道面积的增加与主阀芯面积的增加均扩大了水体从低压腔出来后的放水通道面积,减小节流面积,只是扩大的位置不同,定性分析其对峰压的影响规律是一致的。接着本文进行了实验研究,搭建实验台,为了节省时间与简化实验,并没有直接改变主阀芯面积,而是通过在阀芯外套上添加不同面积垫片来改变环形通道面积,在不同供水压力情况下,分别做了四组实验,分别采集高压缸出口处、管路末端的瞬态压力以及位移数据,将垫片面积换算为对应的环形通道面积,根据实验参数设置计算参数,然后进行数值计算,经过对比发现计算数据与实验数据基本吻合,误差在可接受范围内,验证了理论计算的正确性,分析出不同供水压力下峰压均是随着主阀芯面积的增加而增大并趋于平稳,与理论分析一致,并总结出压力在盲端的反射规律,即形成的反射波与入射波的性质相同,反射点处的压力是入射波与反射波的线性叠加。最后根据主阀芯面积对高压脉动水锤峰压的影响规律对装置进行优化改进,提出两个措施:(1)省去主弹簧座,低压腔内的水从主阀门和阀芯外套出流孔流出后直接排入大气,减小背压,增加放水通道面积;(2)沿低压缸圆周均布六个电磁阀,蓄能时电磁阀关闭,达到一定触发位置,电磁阀打开,低压缸卸压,活塞冲击高压缸里的水体,泄流速度加快,输出压力升高。
【关键词】：高压脉动水锤装置 主阀芯面积 峰压 计算 实验研究 优化改进
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 变量注释表17-18
• 1 绪论18-27
• 1.1 课题背景18-21
• 1.2 新型注水装置简介21-23
• 1.3 国内外研究现状23-25
• 1.4 本课题的意义25-26
• 1.5 主要研究内容26
• 1.6 本章小结26-27
• 2 压力冲击波的传播分析27-34
• 2.1 脉冲压力波激发机理27-30
• 2.2 压力冲击波传播过程分析30-31
• 2.3 压力冲击波的传播速度31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 主阀芯面积影响水锤峰压的基本理论34-48
• 3.1 水锤静压力34-36
• 3.2 水锤的冲击压力36-37
• 3.3 低压腔内液体流动及活塞受力分析37-38
• 3.4 柱塞组件运动分析38-40
• 3.5 水锤运动微分方程的数值解法40-41
• 3.6 峰值压力的影响因素41-42
• 3.7 主阀芯面积对峰值压力影响的数值计算结果42-47
• 3.8 本章小结47-48
• 4 主阀芯面积影响脉冲压力波峰压的实验研究48-78
• 4.1 实验目的48-49
• 4.2 实验台介绍49-52
• 4.3 实验数据测试系统和方式52-56
• 4.4 实验步骤56-57
• 4.5 实验数据处理和分析57-58
• 4.6 主阀芯面积对压力峰值及速度数据的影响及其分析58-77
• 4.7 本章小结77-78
• 5 高压脉动水锤装置优化改进78-81
• 5.1 高压脉动水锤装置优化措施78-80
• 5.2 本章小结80-81
• 6 总结与展望81-84
• 6.1 主要结论81-82
• 6.2 展望82-84
• 参考文献84-89
• 作者简历89-91
• 学位论文数据集91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 韩晋平;王洋;赵Pr;关明;;煤层注水研究现状及影响因素分析[J];科技创新导报;2010年03期

2 张延松;煤层注水非线性渗流方程的解析解及应用[J];应用数学和力学;1995年11期

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本文编号：599316