双作用增压缸注水系统的设计与动态分析

摘要

双作用注水泵是石油矿场采油机械中的重要设备,它能一次性输出高压水和低压水,同时满足高压欠注井和低压注水井的注水开发。注水系统在注水工艺中起着非常重要的作用。国内外的科研机构和采油企业一直对其研究和开发,也取得了一定的效益,但是迄今为止尚未形成系统的增压注水系统的设计理论,因此对它的研究仍是石油机械领域的重点。本文针对增压注水泵的特点和发展趋势,以现有的增压注水理论为基础,对其进行完善和补充。通过理论分析和设计计算,进行了双作用增压注水系统设计,确定了液压系统回路和主要参数,对系统中各液压元件进行了选型和校核。本论文的重点是双作用增压缸注水系统的动态特性。通过对注水系统的仿真试验,观察系统各部分的结构参数对其动态特性的影响,从而找出满足要求的最佳匹配参数范围,为以后的系统改进提供数据依据。其次,文中采用功率键合图法对双作用增压缸注水系统进行建模,然后将动态方程与大型工程软件Matlab的仿真工具箱Simulink结合起来,把动态方程转化为Simulink仿真程序,从而建立起双作用增压缸注水系统的计算机仿真模型并进行仿真。通过对液压系统元件参数的不断调整得到合理的仿真结果,为注水系统的设计和参数优化提供了有益的借鉴。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外增压注水设备的使用现状及发展趋势

1.2.1 国外增压注水设备

1.2.2 国内增压注水泵的使用现状和发展趋势

1.3 双作用增压注水泵的工作原理

1.4 增压注水系统的深入研究

1.5 课题研究的主要内容

2 双作用增压注水系统设计

2.1 双作用增压注水系统设计要求

2.2 本系统参数化设计的主要内容

2.3 双作用增压注水系统

2.3.1 双作用增压注水系统的组成

2.3.2 工作机理分析

2.4 双作用增压注水系统设计计算

2.4.1 设计要求

2.4.2 设计难点

2.4.3 系统压力的确定

2.4.4 液压泵的选择

2.4.5 液压阀的选择

2.4.6 调速装置

2.4.7 蓄能器

2.4.8 其它辅助元件的选择

2.5 主要液压元件型号

2.6 本章小结

3 功率键合图建模理论与方法

3.1 仿真技术简介

3.2 液压系统常用建模方法

3.2.1 液压系统建模与仿真的要求及步骤

3.2.2 动态系统常用的数学模型

3.3 功率键合图理论基础

3.3.1 功率键合图起源及发展

3.3.2 功率键合图基本构成元素

3.3.3 液压系统功率键合图模型的建立

3.3.4 由功率键合图导出系统数学模型

3.4 本章小结

4 双作用增压注水系统建模与动态特性仿真

4.1 双作用增压注水系统动态仿真中参量的确定

4.1.1 源元件的功率参数

4.1.2 转换元件的功率参数和运动定理

4.1.3 容性元件的功率参数和运动定理

4.1.4 惯性元件的功率参数和运动定理

4.1.5 阻性元件的功率参数和运动定理

4.2 注水系统建模

4.2.1 双作用增压注水系统的功率口模型

4.2.2 系统元件的功率键合图模型

4.2.3 双作用增压注水系统键合图模型

4.2.4 双作用增压注水系统动态模型

4.2.5 动态模型中的具体参数

4.3 注水系统SIMULINK仿真

4.3.1 SIMULINK运行原理

4.3.2 双作用增压注水系统的SIMULINK仿真

4.3.3 双作用增压注水系统的SIMULINK仿真模型

4.3.4 仿真结果分析

4.4 注水系统参数优化

4.4.1 弹性模量βe的取值

4.4.2 换向阀的阻性效应对系统动态性能的影响

4.5 本章小结

5 全文总结

5.1 研究工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录 SIMULINK仿真程序