液压驱动高频直线往复水泵工作性能研究

论文摘要

在油田的勘探和开发过程中,往复泵是不可缺少的供液循环设备,常用于高压下输送高粘度、大密度和高腐蚀性的液体。传统的曲柄连杆式往复泵存在体积大、重量重、压力和流量脉动等问题。因此本文提出一种以液压高频直线往复运动机构驱动的往复泵,相比机械式往复泵,液压高频直线往复泵体积小、无大的受力构件并能够提供比较稳定的流量输出特征,且能在不增加体积的情况下,提高单泵输出功率,易满足钻井行业的需要。本文主要对压力5MPa,流量30L/min的液压高频直线往复水泵进行理论推导、仿真分析和试验测试。(1)通过对液压高频直线往复运动机构工作机理的研究,确定液压高频直线往复水泵整体实现方案,并进行了液压驱动系统的初始设计。(2)以单缸单作用液压高频直线往复泵为研究对象,对液压高频直线往复泵冲击现象进行理论建模和仿真分析。提出以先导式比例阀作为高频直线往复运动机构的配流装置,以减小液压冲击对水泵工作性能的影响,并通过控制先导阀的压力改变液压高频直线往复泵的往复频率。(3)建立液压高频直线往复泵吸水阀和排水阀的物理模型,运用液压流体力学对其进行动力学分析和流量连续性分析,得出液压高频直线往复水泵的数学仿真模型。通过Matlab/Simulink仿真,掌握吸水阀和排水阀的运动规律、泵缸内压力变化规律以及水泵排出流量变化规律。(4)搭建液压高频直线往复水泵的试验平台,测试液压高频直线往复水泵性能参数,并验证系统模型的正确性。试验结果表明：本文设计的液压驱动系统能够很好的吸收管路中的液压冲击,使水泵能够提供比较稳定的流量输出特征,验证了理论研究的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 往复泵的发展现状
• 1.3 往复泵技术发展现状和发展方向
• 1.3.1 往复泵技术发展现状
• 1.3.2 往复泵技术的发展方向
• 1.4 本论文研究的意义及主要研究内容
• 第二章 液压高频直线往复水泵系统方案研究
• 2.1 液压驱动高频往复泵动力端方案
• 2.2 液压高频直线往复运动机构的理论研究
• 2.2.1 液压高频直线往复运动机构的设计理论
• 2.2.2 液压高频直线往复运动机构的工作原理
• 2.3 液压驱动高频往复水泵系统方案
• 2.3.1 液压驱动高频往复水泵系统工作原理研究
• 2.3.2 液压驱动高频往复泵初始工作参数的研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 液压驱动高频往复泵液压冲击现象研究
• 3.1 液压高频往复泵动力端静态分析
• 3.1.1 阀换向时产生的液压冲击
• 3.1.2 活塞制动时产生的液压冲击
• 3.1.3 液压高频直线往复运动机构回程初始阶段液压冲击问题
• 3.2 液压高频往复泵动力端动态分析
• 3.2.1 动力端液压系统模型的简化
• 3.2.2 动力端系统数学模型的建立
• 3.2.3 动力端系统仿真模型的建立
• 3.3 液力端的液压冲击分析
• 3.3.1 不稳定流动伯努利方程
• 3.3.2 单周期吸入过程中活塞表面压力的变化
• 3.3.3 单周期排出过程中活塞表面压力的变化
• 3.4 本章小结
• 第四章 液压高频直线往复水泵动态性能的仿真研究
• 4.1 吸水阀和排水阀的工作要求和选型
• 4.2 吸水阀和排水阀的数学模型
• 4.3 液压高频往复泵动态性能仿真
• 4.3.1 液压高频直线往复水泵动态性能的仿真数学模型
• 4.3.2 液压高频直线往复水泵具体参数仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验研究
• 5.1 实验研究的目的
• 5.2 实验系统设计
• 5.3 实验步骤及结果分析
• 5.3.1 往复水泵性能测试实验
• 5.3.2 往复水泵气蚀实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间主要研究成果