全液压压裂车大流量换向阀结构设计及仿真研究

发布时间：2017-06-08 17:19

  本文关键词：全液压压裂车大流量换向阀结构设计及仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着能源消费需求的日益增加,非常规油气资源的开发显得越来越重要。由于传统的机械式压裂车寿命短、成本高,某公司设计了一种基于液压传动的全液压压裂车。全液压压裂车是采用发动机—油泵—换向阀组—油缸—增压缸—配流阀的传动方式进行设计的,这种传动方式有效降低了结构的复杂性,节约成本。为了满足全液压压裂车液压系统的换向需求,需要采用高压、大流量的换向阀,而目前能满足此种要求的换向阀,主要是插装式和滑阀式的结构,虽然插装式换向阀结构紧凑,尺寸小,但满足大流量要求的大尺寸插装阀芯价格昂贵,且需求量较大,而满足大流量要求的滑阀式换向阀基本依赖进口。因此,设计并研究高压大流量的滑阀式换向阀,既能够满足全液压压裂车液压系统的换向要求,也能够提高我国滑阀式换向阀的研究水平和应用技术。本文以满足全液压压裂车液压系统换向要求的大流量换向阀为研究对象,对换向阀进行了结构设计与试验仿真研究,根据实验与仿真结果,对换向阀进行了改进设计。首先依据换向阀的工作原理,详细说明了主要零件的设计过程,分析了换向阀的受力,对换向阀的主要受力进行了计算,并分析了主阀压力损失,对压力损失进行了校核计算;通过MATLAB建立了过流槽阀口的计算程序,简化了阀口过流面积的导入计算;然后建立了换向阀的动力学与流量特性方程,为换向阀仿真模型的建立提供了依据;通过AMESim建立了换向阀的仿真模型,重点分析了先导压力、先导流量对主阀开启特性的影响,同时分析了阀的其他结构参数对换向性能的影响;通过将仿真数据与试验结果对比,得出换向阀设计中存在的问题,从而提出了改进措施;通过改进阀的弹簧座结构、控制端端盖结构,以及对改进后的结构进行仿真,从而获得了满足要求的大流量换向阀。
【关键词】：全液压压裂车 大流量换向阀 结构设计 AMESim仿真 特性研究
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE934.2;TH137.52
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 选题的背景9-14
• 1.1.1 压裂车发展现状9-11
• 1.1.2 压裂车技术研究11-13
• 1.1.3 全液压压裂车概述13-14
• 1.2 插装阀的研究现状与分析14-15
• 1.3 大流量换向阀的技术研究现状15-18
• 1.3.1 大流量换向阀的研究现状15-16
• 1.3.2 换向阀的国内外技术研究16-17
• 1.3.3 全液压压裂车液压系统设计要求17-18
• 1.4 论文研究的意义与主要内容18-20
• 第二章 换向阀的结构设计与受力计算20-51
• 2.1 换向阀的工作原理20
• 2.2 换向阀的结构设计20-36
• 2.2.1 换向阀的设计要求20-22
• 2.2.2 主阀阀芯阀套设计22-26
• 2.2.3 阀块设计26-27
• 2.2.4 主阀弹簧设计27-33
• 2.2.5 主阀端盖设计33
• 2.2.6 先导阀选型33-35
• 2.2.7 换向阀结构35-36
• 2.3 换向阀的受力分析36-40
• 2.3.1 换向阀的受力分析36-39
• 2.3.2 换向阀工作过程各个阶段的受力分析39-40
• 2.4 换向阀的受力计算40-45
• 2.4.1 换向阀的受力计算40-42
• 2.4.2 主阀压力损失校核计算42-45
• 2.5 过流槽阀口面积的计算45-49
• 2.6 本章小结49-51
• 第三章 换向阀动力学与流量特性建模51-54
• 3.1 换向阀的运动方程与流量方程51-52
• 3.1.1 换向阀的运动方程51
• 3.1.2 换向阀的流量连续性方程51-52
• 3.2 AMESim简介52-53
• 3.3 本章小结53-54
• 第四章 换向阀的仿真与装机试验分析54-75
• 4.1 先导阀与主阀的匹配特性54
• 4.2 换向阀仿真模型的建立54-59
• 4.2.1 先导阀仿真模型建立54-55
• 4.2.2 主阀仿真模型建立55-57
• 4.2.3 液压缸仿真模型建立57
• 4.2.4 换向阀整体仿真模型建立57-59
• 4.3 换向阀的仿真分析59-71
• 4.3.1 先导流量对主阀开启特性的分析59-61
• 4.3.2 先导压力对主阀开启特性的分析61-62
• 4.3.3 阀的结构参数对流量特性的分析62-66
• 4.3.4 不同工况下阀的稳定特性分析66-69
• 4.3.5 提高换向阀响应性能和稳定性能的方案69-71
• 4.4 换向阀的实验分析71-74
• 4.4.1 装机实验71
• 4.4.2 试验仪器安装71-72
• 4.4.3 装机试验结果分析72-73
• 4.4.4 试验结论73-74
• 4.5 本章小节74-75
• 第五章 换向阀结构的改进设计75-78
• 5.1 弹簧座结构的改进设计75
• 5.2 控制端结构的改进设计75-76
• 5.3 其他改进设计方案76
• 5.4 改进后的仿真特性76-77
• 5.5 本章小节77-78
• 结论与展望78-80
• 参考文献80-84
• 攻读学位期间取得的研究成果84-85
• 致谢85

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